A new class of multimetallic hierarchical aerogels composed entirely of interconnected Ni‐PdxPty nano‐building‐blocks with in situ engineered morphologies and compositions is demonstrated. The underlying mechanism of the galvanic shape‐engineering is elucidated in terms of nanowelding of intermediate nanoparticles. The hierarchical aerogels integrate two levels of porous structures, leading to improved electrocatalysis performance.

Die übergeordnete Zielstellung der vorliegenden Arbeit ist es, Bedingungsfaktoren erfolgreicher Teamarbeit anhand von Forschungsarbeiten aus unterschiedlichen Fachrichtungen herauszuarbeiten und diese anhand eigener Studien zu sogenannten Actionteams empirisch zu überprüfen. Hierfür wird auf Grundlage einer umfangreichen Literaturanalyse ein Rahmenforschungsmodell zur Teamarbeit synthetisiert sowie ein Verhaltensmarker Ansatz zur Erfassung und Bewertung von Team(arbeits)prozessen in kritischen Situationen entwickelt und erprobt. Demzufolge ist die Arbeit in zwei Teile aufgebaut: Im ersten Schritt wird theoriegeleitet ein Forschungsmodell zur Teamarbeit abgeleitet und durch sekundäranalytische Auswertungen von elitären Actionteams überprüft. Darauf aufbauend, wird ein Verhaltensmarker-Ansatz zur Messung und Bewertung von potentiell trainierbaren Team(arbeits)prozessen konzipiert und an Rettungsdienstteams in einer high-fidelity-Simulation experimentell evaluiert. Der Fokus im ersten Teil der Arbeit liegt auf der theoriegeleiteten Entwicklung des Forschungsmodells, welches Teamarbeit in folgende analytisch unterscheidbare Dimensionen differenziert: emergent states (shared mental models, mutual trust und group potency) und Teamprozesse (team orientation, team leadership, mutual performance monitoring, backup behavior, adaptability und closed loop communication). Dieses Forschungsmodell wurde mit einer Sekundäranalyse von Fragebogen- und Interviewdaten zu einer Stichprobe von elitären Actionteammitgliedern geprüft und empirisch bestätigt. Die quantitative Analyse von Fragebogendaten zeigt bei den elitären Actionteammitgliedern (n = 132) positive signifikante Zusammenhänge zwischen den emergent states und Teamprozessen. Im direkten Abgleich mit nichtelitären Actionteammitgliedern (n = 133) zeigten sich bei den elitären Actionteammitgliedern durchweg höhere Ausprägungen in den Teamarbeitsdimensionen (erste Forschungsfrage). Des Weiteren wurde untersucht, ob eine Beziehung zwischen Teamarbeitsdimensionen und verschiedenen Teamtypen (contending teams, critical teams und performing teams) besteht. Die inhaltsanalytische Auswertung von qualitativen Interviewdaten elitärer Actionteammitglieder (n = 51) wie auch statistische Analysen standardisierter Fragebogendaten elitärer Actionteammitglieder (n = 132) legen eine Beziehung nahe. Die Ergebnisse belegen, dass sich die beiden Teamtypen contending teams und performing teams am stärksten in den Teamarbeitsdimensionen team leadership und adaptability unterscheiden (zweite Forschungsfrage). Das Hauptanliegen des zweiten Teils der Arbeit besteht darin, zu testen, ob die im ersten Arbeitsteil als erfolgskritisch identifizierten Team(arbeits)prozesse, nach einer Schulungs- und Trainingsintervention mit einer erhöhten Leistungsfähigkeit einhergehen. Dazu wird aus den Erkenntnissen des ersten Teils und unter Rückgriff auf aktuelle Forschungsergebnisse ein Verhaltensmarker-Ansatz entwickelt. Zur Überprüfung, ob und wie durch eine Verbesserung der Team(arbeits)prozesse die Leistungsfähigkeit von Actionteams gesteigert werden kann, wurde eine quasi-experimentelle Simulations-Studie mit einem Experimental- und Kontrollgruppen-Design durchgeführt. Um mit dem entwickelten prozessanalytischen Messinstrument die Team(arbeits)prozesse praktizierender Rettungsdienstmitglieder in kritischen Situationen zu erfassen, wurde eine Simulation als Zwischenform einer Labor- und Felduntersuchung gewählt. Insgesamt nahmen 96 Teilnehmer an der Studie teil, die in zwei Gruppen aufgeteilt wurden. Der Teilnehmerkreis eins (T1; n = 47) erhielt vor der Simulation eine Schulungs- und Trainingsmaßnahme und der Teilnehmerkreis zwei (T2; n = 49) erhielt diese nachher. Anschließend wurde eine Teilstichprobe mit jeweils 10 Personen aus dem Teilnehmerkreis eins (T1) als Experimentalgruppenteilnehmer (n = 10) und aus dem Teilnehmerkreis zwei (T2) als Kontrollgruppenteilnehmer (n =10) zufällig ausgewählt. Die Experimental- und Kontrollgruppenteammitglieder absolvierten in einer high-fidelity-Simulation ein komplexes und mit kritischen Situationen konzipiertes Fallbeispiel. Die Bewertung der Team(arbeits)prozesse und des Teamerfolges erfolgte durch eine offene, passiv teilnehmende Beobachtung und wurde mittels Beobachtungsbogen von sechs Experten während der Simulation protokolliert. Des Weiteren wurde das Verhalten der Teammitglieder anhand aufgezeichneter Videodateien mit einer Videointeraktionsanalyse bewertet. Die Ratingübereinstimmung zwischen den Beobachtungsdaten der teilnehmenden Forscher vor Ort mit den Videoauswertungen der unabhängigen Experten im Nachgang lassen erkennen, dass das entwickelte prozessanalytische Verfahren zur Messung und Bewertung von Team(arbeits)prozessen geeignet ist, reliabel und objektiv die Leistungsfähigkeit von Rettungsdienstteams in kritischen Situationen zu erfassen. Die Befunde zeigen, dass die als erfolgskritisch und potentiell trainierbar identifizierten Team(arbeits)prozesse durch eine Schulungs- und Trainingsmaßnahme gesteigert werden konnten. Hierbei verdeutlichen die Ergebnisse des Experimental- und Kontrollgruppenvergleichs, dass insbesondere die Reflexions-, Teamführungs- und Koordinationsprozesse verbessert werden konnten. Auch lag der Teamerfolg, gemessen an der Anzahl richtig gewählter und ausgeführter Maßnahmen, die in einem zeitlich vorgegebenen Rahmen durchgeführt wurden, bei den Experimentalgruppen etwas höher als bei den Kontrollgruppen. Zusammenfassend liegen mit dieser Arbeit erste empirische Befunde eines quasi-experimentellen und multi-methodischen Forschungs- bzw. Evaluationsdesigns vor, die aufzeigen, welche erfolgskritischen Team(arbeits)prozesse die Leistungsfähigkeit von Actionteams in kritischen Situationen steigern können.:Inhaltsverzeichnis Abstract 4 Inhaltsverzeichnis i Abbildungsverzeichnis v Tabellenverzeichnis v Abkürzungsverzeichnis viii 1 Einleitung 1 1.1 Ausgangspunkt, Zielsetzung und Forschungsfragen 1 1.2 Aufbau der Arbeit 4 2 Begriffliche und konzeptionelle Grundlagen der Teamarbeit 7 2.1 Skizze zur Entwicklung der Kleingruppenforschung 7 2.1.1 Historische Entwicklung der Kleingruppenforschung 7 2.1.2 Perspektiven der Kleingruppenforschung 8 2.1.3 Projekte und Programme der Gruppenforschung 9 2.2 Ziele sowie Vor- und Nachteile von Gruppenarbeit nach Wegge (2004) 10 2.3 Begriffsbestimmung zu Gruppenarbeit und Teamarbeit 12 2.4 Überblick zu repräsentativen Theorien und Ansätze zum Teamarbeitskonzept 14 2.5 Chronologische Meilensteine zur Teamforschung 16 2.6 Ergänzende Beiträge verschiedener Forschungsstränge 17 3 Definitionen, Merkmale und Typen von Teams 26 3.1 Notwendigkeit einer neuen Begriffsbestimmung? 26 3.2 Begriffsdefinitionen zu Gruppe, Arbeitsgruppe und Team 27 3.2.1 Teams, deren Fokus auf die Handlungsausführung gerichtet ist: Arbeitsteams, Crews, Actionteams, Interdisciplinary-Action-Teams (IAT), Swift-Starting-Action-Teams (STAT) 30 3.2.2 Teams, deren Fokus auf die kognitive Entscheidungsfindung ausgerichtet ist: Projektteams 31 3.3 Teamklassifikationsansätze 34 3.3.1 Allgemeine Klassifikationen und Typologien 35 3.3.2 Aktuellere Teamklassifikationen 36 3.4 Einordnung der Teams der Untersuchung 39 4 Theoretische Erklärungsansätze zur Teamarbeit und Teameffektivität mit unterschiedlicher Reichweite 42 4.1 Grand Theory – Handlungsregulationstheorie nach Frese und Zapf (1994) 42 4.1.1 Perspektive Handlungsprozess 43 4.1.2 Perspektive Handlungsstruktur und Regulationsebenen (vgl. Frese & Zapf, 1994, S. 280–287) 44 4.1.3 Empirische Evidenz handlungsregulationstheoretischer Ansätze 45 4.2 Middle Range Theories – disziplinübergreifende Ansätze und Rahmenmodelle zur Teamarbeit und Teameffektivität 49 4.2.1 Ältere bzw. klassische Modelle zur Erklärung von Teamarbeit und Teameffektivität aus der allgemeinen Gruppenforschung 49 4.2.2 Aktuellere Beiträge zur Erklärung von Teamarbeit und Teameffektivität 57 4.3 Conclusio: Zusammenfassung der theoretischen Vorarbeiten zur Teamarbeit und Teameffektivität 69 5 Rahmenforschungsmodell, Forschungsfragen und Hypothesen 71 5.1 Emergent states 71 5.1.1 Geteilte mentale Modelle (shared mental models) 71 5.1.2 Gegenseitiges Vertrauen (mutual trust) 74 5.1.3 Teamstärke (group potency) 75 5.2 Teamprozesse 76 5.2.1 Kommunikation (closed loop communication) 76 5.2.2 Teamführung (team leadership) 78 5.2.3 Teamorientierung (team orientation) 79 5.2.4 Gegenseitige Leistungsüberwachung (mutual performance monitoring) 80 5.2.5 Unterstützung (backup behavior) 81 5.2.6 Anpassungsfähigkeit (adaptability) 82 5.3 Konkludierendes Rahmenforschungsmodell 83 5.4 Forschungsfragen und Hypothesen 88 6 Sekundäranalytische Auswertungen zur Teamarbeit in Actionteams 91 6.1 Datenmaterial 91 6.2 Stichproben 91 6.2.1 Stichprobe Fragebogenerhebung 91 6.2.2 Stichprobe Interviewerhebung 93 6.3 Methode 94 6.3.1 Erhebungsverfahren Fragebogenstudie 94 6.3.2 Erhebungsverfahren Interviewstudie 95 6.4 Datenauswertung der Fragebogenstudie 96 6.4.1 Hypothesenüberprüfung des Zusammenhangs zwischen Teamprozessen und emergent states 96 6.4.2 Hypothesenüberprüfung zum Vergleich der Ausprägungen der Teamarbeitsdimensionen von elitären Actionteammitgliedern und nichtelitären Actionteammitgliedern 97 6.4.3 Ergebnisse zur forschungsleitenden Fragestellung 1 100 6.4.4 Quantitative Analysen zur Beziehung zwischen Teamarbeit und Teamtyp 100 6.4.5 Hypothesenüberprüfung der Ausprägungen der Teamarbeitsdimensionen nach Teamtyp 100 6.4.6 Interpretation der Ergebnisse 102 6.5 Datenauswertung der Interviewstudie 102 6.5.1 Ergebnisse der Interviewstudie elitärer Actionteammitglieder 104 6.5.2 Hypothesenüberprüfung der Beziehung zwischen Teamprozessen und Teamtyp 106 6.5.3 Ergebnisse (Teamprozesse – Teamtyp) 109 6.5.4 Hypothesenüberprüfung der Beziehung zwischen emergent states und Teamtyp 111 6.5.5 Ergebnisse (emergent states – Teamtyp) 113 6.6 Zusammenfassung der Ergebnisse 115 6.7 Kritische Reflexion 115 7 Entwicklung und Erprobung eines Behavioral-Marker-Systems zur Messung und Bewertung von Team(arbeits)prozessen für Rettungsdienstteams 117 7.1 Inhaltlicher und methodischer Mehrwert durch Verhaltensbeobachtung 117 7.2 Vorgehen zur Entwicklung eines Verhaltensmarkersystems (behavioral marker system) 118 7.3 Theoretische Ableitung von Verhaltensmarkern zur Messung und Bewertung von Team(arbeits)prozessen und Teamerfolg 120 7.4 Übersicht zu Verhaltensmarker-Ansätzen 121 7.4.1 Verhaltensmarker-Ansätze 121 7.4.2 Evaluationsstudien 122 7.5 Ableitung für die vorliegende Untersuchung 123 7.6 Untersuchungskonstrukte 126 7.6.1 Elemente: Teamaufgabe und Organisationales System 127 7.6.2 Konstrukt Teamerfolg 128 7.6.3 Messung und Bewertung des Konstrukts Teamerfolg 129 7.6.4 Konstrukt Teamprozesse 130 7.6.5 Messung und Bewertung von Teamprozessen 131 7.7 Erhebungsverfahren und -instrumente 136 7.7.1 Schriftliche Befragung 136 7.7.2 Teilnehmende Verhaltensbeobachtung – Beobachtungsbogen für Teamprozesse 139 8 Methodologische Einordnung der experimentellen Studie 142 9 Experimentelle Untersuchung 145 9.1 Experimentelles Forschungsdesign 145 9.2 Stichprobe 147 9.3 Schulungs-und Trainingsmaßnahmen samt Fallbeispiel 148 9.3.1 Konzeption der Schulungs- und Trainingsmaßnahmen 148 9.3.2 Ablauf der Schulungs- und Trainingsmaßnahmen 149 9.3.3 Konzeption des Simulationsszenarios ‚Traumamanagement‘ 152 9.4 Datenerhebung und Auswertungsverfahren 155 10 Ergebnisse der experimentellen Studie 159 10.1 Fragebogenerhebung 159 10.1.1 Stichprobenbeschreibung 159 10.1.2 Deskriptive Statistiken 161 10.1.3 Ergebnisse der Fragebogenerhebung der Teilstichprobe 164 10.1.4 Vorbereitung und Ablauf der Simulation 167 10.1.5 Beobachtungsschemata zur Bewertung der nichtfachlichen-interaktiven Team(arbeits)prozesse 167 10.2 Auswertung der nichtfachlichen-interaktiven Team(arbeits)prozesse und medizinisch-fachlichen Fähigkeiten 171 10.2.1 Analyse der Team(arbeits)prozesse 171 10.2.2 Analyse der medizinisch-fachlichen Fähigkeiten 178 10.3 Diskussion und Reflexion der Ergebnisse 180 10.3.1 Diskussion der Methodik 180 10.3.2 Diskussion der Ergebnisse 182 11 Zusammenfassung und Ausblick 183 Literaturverzeichnis 187 Erklärung 209 Anhang 210 A.1 Übersicht Sample Interviewstudie 210 A.2 Überblick Studien zur HregT und Teamarbeit 212 A.3 Zuordnung der nichtfachlichen-interaktiven Team(arbeits)prozesse zu den Phasen des Fallbeipiels ‚Traumamanagement‘ 237 A.4 Nichtfachliche Beobachtungsbogen 249

Microbial and chemical processes in the sediment of standing waters have a big influence on the release of nutrients and the trophic state. Due to the strong interactions between sediment and water body and the storage of materials sediments can be consulted as an important additional source of information for the evaluation of the trophic state and for the estimation of future trophic developments. Because of relatively small fluctuations the parameters in the sediment and pore water are well suitable for a trophic validation. Sediments and pore water of four reservoirs with different trophic characteristics were sampled in regular intervals (Neunzehnhain I - oligotrophic; Muldenberg - oligotrophic, dystrophic; Saidenbach - mesotroph; Quitzdorf - polytrophic). Many chemical and microbial parameters were examined regarding the trophic dependancy and the possibility for including these parameters into a trophic evaluation system. The concentrations of SRP, ammonium, and alkalinity in the pore water and the metal:phosphorus-quotient (Al:P, Fe:P) in the dry sediment showed the biggest trophic dependancy, so that these parameters are applicable for a sediment referred trophic assessment of standing waters. The polytrophic reservoir Quitzdorf has exhibited an extreme abundance of the cyanobacterium Microcystis for years. Investigations of the water body showed that apart from parameters like the water temperature the mass growth of Microcystis in the reservoir is obviously very strongly affected by the nitrogen:phosphorus-quotients in the water body. In laboratory experiments with sediments of this reservoir the phosphorus release from the sediment could be significantly lowered by the addition of aluminum and a part of the phosphorus could be shifted from the reductively soluble iron bound phosphorus fraction into the stable aluminum bound phosphorus fraction. / Die chemischen und mikrobiellen Prozesse im Sediment von Standgewässern haben großen Einfluss auf die Freisetzung von Nährstoffen und die Trophie. Aufgrund der starken Wechselwirkungen zwischen Sediment und Wasserkörper und der Speicherung von Stoffen in den Sedimenten können Gewässersedimente als wichtige zusätzliche Informationsquelle für die Bewertung des Trophiezustandes und zur Abschätzung zukünftiger trophischer Entwicklungen herangezogen werden. Durch relativ geringe Schwankungen sind die Parameter im Sediment und Porenwasser gut für eine Trophieeinschätzung geeignet. Die Sedimente und das Porenwasser von vier Talsperren mit unterschiedlichen trophischen Eigenschaften wurden in regelmäßigen Abständen beprobt (Neunzehnhain I ? oligotroph; Muldenberg ? oligotroph, dystroph; Saidenbach ? mesotroph; Quitzdorf ? polytroph). Es wurden viele chemische und mikrobielle Parameter im Sediment und Porenwasser im Hinblick auf die Trophieabhängigkeit und eine mögliche Einbeziehbarkeit in ein trophisches Bewertungssystem untersucht. Die größte trophische Abhängigkeit konnte bei den Konzentrationen von SRP, Ammonium, und Alkalinität im Porenwasser und den Metall:Phosphor-Quotienten (Al:P, Fe:P) im Trockensediment gefunden werden, sodass diese Parameter gut für eine sedimentbezogene Trophiebewertung von stehenden Gewässern geeignet sind. Die polytrophe Talsperre Quitzdorf weist seit Jahren ein extremes Massenwachstum des Cyanobakteriums Microcystis auf. Untersuchungen des Wasserkörpers haben gezeigt, dass das Microcystis-Massenaufkommen in der Talsperre neben Parametern wie der Wassertemperatur offensichtlich sehr stark von den Stickstoff:Phosphor-Quotienten im Wasserkörper beeinflusst wird. Laborversuche mit Sedimenten dieser Talsperre haben ergeben, dass die P-Freisetzung aus dem Sediment durch die Zugabe von Aluminium signifikant herabgesetzt werden und ein Teil des Phosphors von der reduktiv löslichen eisengebundenen P-Fraktion in die stabile aluminiumgebundene P-Fraktion verlagert werden konnte.

Diese Arbeit ist ein erster Versuch, mit Modellbildung und mathematischer Analyse die Experimente zu verstehen, die zeigten, dass die Stimulation eines einzelnen Neurons im Cortex eine Verhaltensreaktion auslösen kann. Dieser Befund stellt die verbreitete Ansicht infrage, dass viele Neurone nötig sind, um Information zuverlässig kodieren zu können. Der Ausgangspunkt der vorliegenden Untersuchung ist die Stimulation einer zufällig ausgewählten Zelle in einem Zufallsnetzwerk exzitatorischer und inhibitorischer Neuronmodelle. Es wird dann nach einem plausiblen Ausleseverfahren gesucht, das die Einzelzellstimulation mit einer mit den Experimenten vergleichbaren Zuverlässigkeit detektieren kann. Das erste Ausleseschema reagiert auf Abweichungen vom spontanen Zustand in der Aktivität einer Auslesepopulation. Die Stimulation wird detektiert, wenn bei der Auswahl der Auslesepopulation denjenigen Neuronen ein Vorzug gegeben wird, die eine direkte Verbindung von der stimulierten Zelle bekommen. Im zweiten Teil der Arbeit wird das Ausleseschema erweitert, indem ein zweites Netzwerk als Ausleseschaltkreis dient. Interessanterweise erweist sich dieses Ausleseschema nicht nur als plausibler, sondern auch als effektiver. Diese Resultate basieren sowohl auf Simulationen als auch auf analytischen Rechnungen. Weitere Experimente zeigten, dass eine konstante Strominjektion einen Effekt auslöst, der kaum von Dauer und Intensität der Stimulation abhängt, der aber bei unregelmäßiger Stimulation zunimmt. Der letzte Teil der Arbeit befasst sich mit einer theoretischen Erklärung für diese Ergebnisse. Hierzu werden die biologischen Eigenschaften des Systems im Modell detaillierter beschrieben. Weiterhin wird die Funktionsweise des Ausleseschemas so modifiziert, dass es auf Veränderungen reagiert, anstatt den Input zu integrieren. Dieser Differenzierdetektor liefert Ergebnisse, die mit den Experimenten übereinstimmen, und könnte bei nichtstationärem Input vorteilhaft sein. / This thesis is a first attempt at developing a theoretical model of the experiments which show that the stimulation of a single cell in the cortex can trigger a behavioral reaction and that challenge the common belief that many neurons are needed to reliably encode information. As a starting point of the present work, one neuron selected at random within a random network of excitatory and inhibitory integrate-and-fire neurons is stimulated. One important goal of this thesis is to seek a readout scheme that can detect the single-cell stimulation in a plausible way with a reliability compatible with the experiments. The first readout scheme reacts to deviations from the spontaneous state in the activity of a readout population. When the choice of readout neurons is sufficiently biased towards those receiving direct links from the stimulated cell, the stimulation can be detected. In the second part of the thesis, the readout scheme is extended by employing a second network as a readout circuit. Interestingly, this new readout scheme is not only more plausible, but also more effective. These results are based both on numerical simulations of the network and on analytical approximations. Further experiments showed that the probability of the behavioral reaction is substantially independent of the length and intensity of the stimulation, but it increases when an irregular current is used. The last part of this thesis seeks a theoretical explanation for these findings. To this end, a recurrent network including more biological details of the system is considered. Furthermore, the functioning principle of the readout is modified to react to changes in the activity of the local network (a differentiator readout), instead of integrating the input. This differentiator readout yields results in accordance with the experiments and could be advantageous in the presence of nonstationarities.

An efficient integration of sensory and motor processes is crucial to goal-directed behavior. Despite this high relevance, and although cognitive theories provide clear conceptual frameworks, the neurobiological basis of these processes remains insufficiently understood. In a double-blind, randomized placebo-controlled pharmacological study, we examine the relevance of catecholamines for perception-motor integration processes. Using EEG data, we perform an in-depth analysis of the underlying neurophysiological mechanisms, focusing on sensorimotor integration processes during response inhibition. We show that the catecholaminergic system affects sensorimotor integration during response inhibition by modulating the stability of the representational content. Importantly, catecholamine levels do not affect the stability of all aspects of information processing during sensorimotor integration, but rather—as suggested by cognitive theory—of specific codes in the neurophysiological signal. Particularly fronto-parietal cortical regions are associated with the identified mechanisms. The study shows how cognitive science theory-driven pharmacology can shed light on the neurobiological basis of perception-motor integration and how catecholamines affect specific information codes relevant to cognitive control.

Die Interaktion zwischen Maschinen und ihrer Umgebung sollte zuverlässig, sicher und ökologisch adequat sein. Um das in komplexen Szenarien langfristig zu gewährleisten, wird eine Theorie adaptiven Verhaltens benötigt. In der Entwicklungsrobotik und verkörperten künstlichen Intelligenz wird Verhalten als emergentes Phänomen auf der fortlaufenden dynamischen Interaktion zwischen Agent, Körper und Umgebung betrachtet. Die Arbeit untersucht Roboter, die in der Lage sind, schnell und selbständig einfache Bewegungen auf Grundlage sensomotorischer Information zu erlernen. Das langfristige Ziel dabei ist die Wiederverwendung gelernter Fertigkeiten in späteren Lernprozessen um damit ein komplexes Interaktionsrepertoire mit der Welt entstehen zu lassen, das durch Entwicklungsprozesse vollständig und fortwährend adaptiv in der sensomotorischen Erfahrung verankert ist. Unter Verwendung von Methoden des maschinellen Lernens, der Neurowissenschaft, Statistik und Physik wird die Frage in die Komponenten Repräsentation, Exploration, und Lernen zerlegt. Es wird ein Gefüge für die systematische Variation und Evaluation von Modellen errichtet. Das vorgeschlagene Rahmenwerk behandelt die prozedurale Erzeugung von Hypothesen als Flussgraphen über einer festen Menge von Funktionsbausteinen, was die Modellsuche durch nahtlose Anbindung über simulierte und physikalische Systeme hinweg ermöglicht. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf dem kausalen Fussabdruck des Agenten in der sensomotorischen Zeit. Dahingehend wird ein probabilistisches graphisches Modell vorgeschlagen um Infor- mationsflussnetzwerke in sensomotorischen Daten zu repräsentieren. Das Modell wird durch einen auf informationtheoretischen Grössen basierenden Lernalgorithmus ergänzt. Es wird ein allgemeines Modell für Entwicklungslernen auf Basis von Echtzeit-Vorhersagelernen präsentiert und anhand dreier Variationen näher besprochen. / The interaction of machines with their environment should be reliable, safe, and ecologically adequate. To ensure this over long-term complex scenarios, a theory of adaptive behavior is needed. In developmental robotics, and embodied artificial intelligence behavior is regarded as a phenomenon that emerges from an ongoing dynamic interaction between entities called agent, body, and environment. The thesis investigates robots that are able to learn rapidly and on their own, how to do primitive motions, using sensorimotor information. The long-term goal is to reuse acquired skills when learning other motions in the future, and thereby grow a complex repertoire of possible interactions with the world, that is fully grounded in, and continually adapted to sensorimotor experience through developmental processes. Using methods from machine learning, neuroscience, statistics, and physics, the question is decomposed into the relationship of representation, exploration, and learning. A framework is provided for systematic variation and evaluation of models. The proposed framework considers procedural generation of hypotheses as scientific workflows using a fixed set of functional building blocks, and allows to search for models by seamless evaluation in simulation and real world experiments. Additional contributions of the thesis are related to the agent's causal footprint in sensorimotor time. A probabilistic graphical model is provided, along with an information-theoretic learning algorithm, to discover networks of information flow in sensorimotor data. A generic developmental model, based on real time prediction learning, is presented and discussed on the basis of three different algorithmic variations.

Metakognition ermöglicht Einblicke in eigene kognitive Prozesse und beeinflusst menschliches Verhalten in mehreren Bereichen. Die Debatte, ob Metakognition sich domänenallgemein oder domänenspezifisch auswirkt, bleibt unentschieden, wobei die meisten Studien auf sensorische Informationsverarbeitung und Gedächtniseffekte fokussieren. Diese Dissertation unterstreicht die Notwendigkeit, weitere Domänen zu untersuchen, um diese Frage zu klären, und tut dies, indem sie Metakognition im motorischen Bereich erforscht. Diese Arbeit umfasst vier empirische Studien. Studie 1 untersuchte die zugrundeliegenden Strukturen in metakognitiven Domänen und fand keine Beweise, die eine Unterscheidung zwischen intern oder extern generierter Information unterstützen. Studie 2 konzentrierte sich auf motorische Metakognition und verglich die Introspektion direkter und indirekter Bewegungsparameter. Obwohl beide Bewegungsparameter gleichermaßen introspektierbar sind, weisen fehlende Korrelationen zwischen verschiedenen Bewegungsparametern innerhalb einer Domäne auf die Rolle von nicht-domänenspezifischen Merkmalen in der Metakognition hin. In einem datengesteuerten Ansatz zeigte Studie 3, wie die Introspektion verschiedener Aspekte der Bewegung mit motorischer Kontrolle und Metakognition verknüpft ist. In Studie 4 wurde getestet, ob metakognitive Defizite die Vorgefühle bei Tourette-Störung untermauern. Es fanden sich keine Belege für Beeinträchtigungen in taktiler oder visueller Metakognition, was die Rolle der Metakognition in der Pathophysiologie der Störung in Frage stellt. Insgesamt betont die Arbeit die Notwendigkeit, domänenbezogene und aufgabenspezifische Merkmale zu entflechten und Faktoren zu identifizieren, die Allgemeinheit und Spezifität beeinflussen. Sie trägt zum Verständnis der motorischen Metakognition bei, indem sie experimentelle und analytische Ansätze vorantreibt und gleichzeitig Einblicke in die Architektur höherer kognitiver Funktionen und das Bewusstsein bietet. / Metacognition, the ability to introspect into one's cognitive processes, can guide human behaviour across various domains. The debate whether metacognition operates in a more domain-general or a domain-specific fashion remains inconclusive, with most studies focused on sensory and memory domains. This thesis argues that to resolve this question, it is necessary to broaden the scope of domains, and it does so by exploring metacognition in the motor domain. This thesis comprises four empirical studies. Study 1 examined the underlying structures in metacognitive domains, finding no evidence to support a distinction between internally or externally generated information. Study 2 focused on motor metacognition, comparing the monitoring of direct and indirect movement parameters. While both movement parameters can be equally well monitored, the absence of correlations within the same domain but across different monitored parameters highlights the role of non-domain features on metacognition. In a data-driven approach, Study 3 revealed how monitoring different aspects of movement is linked with motor control and metacognitive judgments. Study 4 tested whether metacognitive deficits underpin premonitory urges in Tourette's disorder. No evidence of metacognitive impairment was found in the tactile or visual domains, challenging metacognition's role in the disorder's pathophysiology. Overall, the thesis emphasises the need to disentangle domain-related and task-specific features, advocating for identifying factors that influence generality and specificity. It contributes to the understanding of motor metacognition by advancing experimental and analytical approaches, while providing insights into the architecture of higher cognitive functions and conscious processing.

Transportphänomene treten in biologischen und künstlichen Systemen auf allen Längenskalen auf. In dieser Arbeit untersuchen wir sie für verschiedene Systeme aus einer mesoskopischen Perspektive, in der Fluktuationen physikalischer Größen um ihre Mittelwerte eine wichtige Rolle spielen. Im ersten Teil untersuchen wir die persistente Bewegung aktiver Brownscher Teilchen mit zusätzlichem Drehmoment, wie sie z.B. für Spermien oder Janus Teilchen auftritt. Wird ihre Bewegung auf einen Tunnel variierender Breite beschränkt, so setzt im thermischen Nichtgleichgewicht Transport ein; ungerichtete Fluktuationen des rauschhaften Antriebs werden gleichgerichtet. Hierdurch wird ein neuer Ratschentyp realisiert. Im zweiten Teil untersuchen wir den intrazellulären Cargotransport in den Axonen von Nervenzellen mithilfe molekularer Motoren. Sie werden als asymmetrischer Ausschlussprozess simuliert. Zusätzlich können die Cargos zwischen benachbarten Motoren ausgetauscht werden. Dadurch lassen sich charakteristische Eigenschaften des langsamen axonalen Transports mit einer einzigen Motorspezies reproduzieren. Bewerkstelligt wird dies durch die transiente Anbindung der Cargos an rückwärtslaufende Motorstaus. Im dritten Teil diskutieren wir resistive switching, die nicht volatile Widerstandsänderung eines Dielektrikums durch elektrische Impulse. Es wird für Anwendungen im Computerspeicher ausgenutzt, dem resistive RAM. Wir schlagen ein auf Sauerstoffvakanzen basierendes stochastisches Gitterhüpfmodell vor. Wir definieren binäre logische Zustände mit Hilfe der zugrunde liegenden Vakanzenverteilung und definieren Schreibe- und Leseoperationen durch Spannungsimpulse für ein solches Speicherelement. Überlegungen über die Unterscheidbarkeit dieser Operationen unter Fluktuationen zusammen mit der Deutlichkeit der unterschiedlichen Widerstandszustände selbst ermöglichen es uns, eine optimale Vakanzenzahl vorherzusagen. / Transport phenomena occur in biological and artificial systems at all length scales. In this thesis, we investigate them for various systems from a mesoscopic perspective, in which fluctuations around their average properties play an important role. In the first part, we investigate the persistent diffusive motion of active Brownian particles with an additional torque. It can appear in many real life systems, for example in sperm cells or Janus particles. If their motion is confined to a tunnel of varying width, transport arises out of thermal equilibrium; unbiased fluctuations of the noisy drive are rectified. This way, we have realized a novel kind of ratchet. In the second part, we study intracellular cargo transport in the axons of nerve cells by molecular motors. They are modeled by an asymmetric exclusion process. In a new approach, we add a cargo exchange interaction between the motors. This way, the characteristics of slow axonal transport can be accounted for with a single motor species. It is explained by the transient attachment of cargos to reverse walking motors jams. In the third part, we discuss resistive switching, the non-volatile change of resistance in a dielectric due to electric pulses. It is exploited for applications in computer memory, the resistive random access memory (ReRAM). We propose a stochastic lattice hopping model based on the on oxygen vacancies. We define binary logical states by means of the underlying vacancy distributions, and establish a framework of writing and reading such a memory element with voltage pulses. Considerations about the discriminability of these operations under fluctuations together with the markedness of the resistive switching effect itself enable us to predict an optimal vacancy number.

Die Medizintechnik Tiefe-Hirnstimulation ist nicht nur als naturwissenschaftlich-technisches Produkt zu sehen, sondern vor allem auch als kultur-technische Leistung mit historischen Wurzeln. Dieserart Schnittstellenhandlungen nehmen einen festen Platz in der Medizingeschichte ein und sind nicht losgelöst von dieser zu bestimmen. Ein- und zugreifende Praktiken wie Trepanationen und Schädelkulte sind vielfältig verankert und offenbaren einen menschheitsalten Wunsch nach Einflussnahme und Bemächtigung. Hierüber lässt sich der Mensch als verknüpf-, einstell- und gestaltbare Entität im Rahmen 'eutoper' Welt- und Technikbilder sowie deterministischer Menschenbilder darstellen. Mit der Integration aktiver, technischer Elemente in den menschlichen Körper verschieben wir die Grenzverläufe zwischen biologischen und artifiziellen Entitäten. Sowohl die Hardware-Software-Relationen als auch die Körper-Geist-Relationen unterliegen dabei Verknüpfungs- und Gestaltungsprozessen. Aus der Interaktion zwischen menschlichen und nicht-menschlichen Handlungsteilnehmern resultieren neuartige Wechselbeziehungen, welche unter Zuhilfenahme der Embodiment- und Embedded-Theorie nachgezeichnet werden. Den schwerwiegenden Aus- und Nebenwirkungen dieser Interkation wird mit einem empirischen Fallbeispiel nahegekommen. Dass diese Entwicklung hin zu einer konfigurierenden Gestaltungskultur risikobehaftet ist, wird unter Zuhilfenahme des Terminus 'Experimentalsystem' dargelegt. Dabei ist festzuhalten, dass die Tiefe-Hirnstimulation nicht trotz sondern wegen experimenteller Faktoren erfolgreich und faszinierend ist. Neurostimulationen in erster Linie als Konzept zu begreifen bedeutet, den Fokus auf kulturelle Anschichten und Handlungen zu lenken. In welchem Ausmaß wir zu ein- und zugreifenden Gestaltungen unserer Selbst bereit sind, hängt in letzter Konsequenz an unserem menschlichen Selbstverständnis. / Medical technology deep brain stimulation is not only a scientific and technical product, but also a cultural and technical achievement with historical roots. This kind of interface actions occupy a firm place in medical history and cannot be determined separately from it. Interfering practices such as trepanations and cults of the skull are rooted in many different ways and reveal an ancient human desire for influence and empowerment. In this way, man can be represented as a connectable, adjustable and configurable entity within the framework of 'eutoper' world and technology images as well as deterministic human images. By integrating active technical elements into the human body, we are shifting the boundaries between biological and artificial entities. Both the hardware-software-relations as well as the body-spirit-relations are subject to connection and design processes. The interaction between human and non-human action participants results in novel interrelationships, which are traced with the aid of the Embodiment and Embedded Theory. The serious side effects of this interaction are approached with an empirical case study. The fact that this development towards a configuring design culture entails risk is explained with the help of the term 'experimental system'. It should be noted that deep brain stimulation is successful and fascinating not despite but because of experimental factors. Understanding neurostimulation primarily as a concept means focusing on cultural strata and actions. The extent to which we are prepared to embrace and intervene in shaping ourselves depends ultimately on our human self-conception.

In einem politisch-geteilten ukrainischen Staat legen die Odessiten besonderen Wert darauf, ihre lokale Identität zu betonen. Patriotische Diskurse schöpfen aus dem Imaginären der Stadt, das im lokalen historischen und kulturellen Erbe verwurzelt ist. Durch Repräsentationen aus der Sowjetzeit wurde eine „odessitische Lebensweise“ verbreitet und popularisiert, die heutzutage als Identitätsmodell in den Diskursen benutzt wird. Mit Hilfe dieses symbolischen Kapitals grenzen sich die Bewohner der Stadt von anderen Ukrainern ab. Odessit-sein gilt im Jahr 2013 als politische Aussage. Die Zugehörigkeit zur imaginierten Lokalgemeinschaft wird zum Protest gegen die politischen Schwächen der zeitgenössischen Ukraine. Auf diese Weise wird eine engagierte und respektvolle Haltung gegenüber dem lokalen Erbe eingenommen. In der gespaltenen Ukraine, ist Odessa für seine Bewohner eine positive und inklusive Alternative zum zweipoligen Identitätsmodell (Ukrainer vs. Russen). / The residents of Odessa strive for recognition of their local identity using the city’s inherited imaginary in order to affirm their difference from the rest of Ukraine as well as from Russia. The local historical and cultural heritage is used as symbolic capital. The city of Odessa has always been the object of exoticization, continually represented as “other.” Famous exoticizing representations have kept the myth of Odessa alive in collective memory until the present day. However, this local imaginary competes symbolically with Ukrainian national identity by proposing a more positive set of values. Claiming to be from Odessa turns out to be a political statement. Indeed, “to be an Odessite” refers to the conception of local engagement based on an individual’s responsibility for the community. Nonetheless, this identity is being undermined by the latent destruction of the city’s material heritage and the lack of opportunities for many of its inhabitants. In a country divided by competing identities (e.g. being Ukrainian or Russian), Odessa represents a third inclusive alternative and offers a positive communal identity in a time when the country is being torn apart by regional conflict.