This thesis is about the effectiveness of speech features for cognitive load assessment, with particular attention being paid to new perspectives of this research area. A new cognitive load database, called CoLoSS, is introduced containing speech recordings of users who performed a learning task. Various acoustic features from different categories including prosody, voice quality, and spectrum are investigated in terms of their relevance. Moreover, Teager energy parameters, which have proven highly successful in stress detection, are introduced for cognitive load assessment and it is demonstrated how automatic speech recognition technology can be used to extract potential indicators. The suitability of the extracted features is systematically evaluated by recognition experiments with speaker-independent systems designed for discriminating between three levels of load. Additionally, a novel approach to speech-based cognitive load modelling is introduced, whereby the load is represented as a continuous quantity and its prediction can thus be regarded as a regression problem. / Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der automatischen Erkennung von kognitiver Belastung auf Basis menschlicher Sprachmerkmale. Der Schwerpunkt liegt auf der Effektivität von akustischen Parametern, wobei die aktuelle Forschung auf diesem Gebiet um neuartige Ansätze erweitert wird. Hierzu wird ein neuer Datensatz – als CoLoSS bezeichnet – vorgestellt, welcher Sprachaufzeichnungen von Nutzern enthält und speziell auf Lernprozesse fokussiert. Zahlreiche Parameter der Prosodie, Stimmqualität und des Spektrums werden im Hinblick auf deren Relevanz analysiert. Darüber hinaus werden die Eigenschaften des Teager Energy Operators, welche typischerweise bei der Stressdetektion Verwendung finden, im Rahmen dieser Arbeit berücksichtigt. Ebenso wird gezeigt, wie automatische Spracherkennungssysteme genutzt werden können, um potenzielle Indikatoren zu extrahieren. Die Eignung der extrahierten Merkmale wird systematisch evaluiert. Dabei kommen sprecherunabhängige Klassifikationssysteme zur Unterscheidung von drei Belastungsstufen zum Einsatz. Zusätzlich wird ein neuartiger Ansatz zur sprachbasierten Modellierung der kognitiven Belastung vorgestellt, bei dem die Belastung eine kontinuierliche Größe darstellt und eine Vorhersage folglich als ein Regressionsproblem betrachtet werden kann.

In this paper, we analyze the achievable secrecy rates in the two-hop wiretap channel with four nodes, where the transmitter and the receiver have multiple antennas while the relay and the eavesdropper have only a single antenna each. The relay is operating in amplify-and-forward mode and all the channels between the nodes are known perfectly by the transmitter. We discuss different transmission and protection schemes like artificial noise (AN). Furthermore, we introduce interference neutralization (IN) as a new protection scheme. We compare the different schemes regarding the high-SNR slope and the high-SNR power offset and illustrate the performance by simulation results. It is shown analytically as well as by numerical simulations that the high SNR performance of the proposed IN scheme is better than the one of AN.

Suburothelial myofibroblasts (sMF) are located underneath the urothelium in close proximity to afferent nerves and show spontaneous calcium activity in vivo and in vitro. They express purinergic receptors and calcium transients can be evoked by ATP. Therefore they are supposed to be involved in afferent signaling of the bladder fullness. Myofibroblast cultures, established from cystectomies, were challenged by exogenous ATP in presence or absence of purinergic antagonist. Fura-2 calcium imaging was used to monitor ATP (10-16 to 10-4 mol/l) induced alterations of calcium activity. Purinergic receptors (P2X1, P2X2, P2X3) were analysed by confocal immunofluorescence. We found spontaneous calcium activity in 55.18% ± 1.65 (mean ± SEM) of the sMF (N=48 experiments). ATP significantly increased calcium activity even at 10-16 mol/l. The calcium transients were partially attenuated by subtype selective antagonist (TNP-ATP, 1μM; A-317491, 1μM), and were mimicked by the P2X1, P2X3 selective agonist α,β-methylene ATP. The expression of purinergic receptor subtypes in sMF was confirmed by immunofluorescence. Our experiments demonstrate for the first time that ATP can modulate spontaneous activity and induce intracellular Ca2+ response in cultured sMF at very low concentrations, most likely involving ionotropic P2X receptors. These findings support the notion that sMF are able to register bladder fullness very sensitively, which predestines them for the modulation of the afferent bladder signaling in normal and pathological conditions.:1. Introduction............................................................................ 1 1.1. Anatomy and histology of the human urinary bladder..................... 1 1.1.1. Anatomy of the human urinary bladder..................................... 1 1.1.2. Structure of the human urinary bladder wall............................... 2 1.2. Normal bladder function and bladder dysfunction.......................... 3 1.2.1 Normal bladder function......................................................... 3 1.2.2 Sensory aspect.................................................................... 4 1.2.3 Overactivity or hypersensitivity of bladder.................................. 5 1.3 The role of functional cell types and interaction in urinary bladder... 6 1.3.1 The role of urothelium.......................................................... 7 1.3.2Theroleofsuburotheliamyofibroblast...................................... 7 1.3.3Theroleofdetrusorsmoothmusclecells.................................. 9 1.3.4 Possible interactions in urinary bladder cell types........................ 10 1.4 ATP function and Purinergic signalling in bladder........................... 11 1.5 Spontaneous activity of bladder................................................... 13 2. Objective.................................................................................. 15 3. Material and methods............................................................... 16 3.1. Ethics Statement........................................................................ 16 3.2. Cell preparation.......................................................................... 16 3.3. Solutions and chemicals............................................................. 19 3.4. Intracellular calcium measurements............................................. 20 2.4.1. Preparing cells for Calcium Imaging.......................................... 20 2.4.2. Preparing workspace of calcium imaging................................... 20 2.4.3. Calcium imaging recording...................................................... 22 3.5 Data analysis with automated Fluorescence analysis..................... 22 3.6 Confocal Immunofluorescence.................................................... 25 3.7 Statistics................................................................................. 26 4. Results.................................................................................. 27 4.1 Spontaneous calcium activity of sMF........................................... 27 4.2 ATP effects on calcium response in sMF...................................... 27 4.3 Analysis of purinergic receptors involved.................................... 30 3.3.1 Agonist stimulation.............................................................. 30 3.3.2 Signal inhibition by specific antagonists................................... 31 4.4 Confocal immunofluorescence of purinergic receptors.................. 32 5. Discussion............................................................................. 34 5.1 Myofibroblast identification....................................................... 34 5.2 Spontaneous activity in the bladder............................................ 36 5.3 ATP modulated calcium activity in sMF....................................... 37 5.4 purinergic signalling in sMF........................................................ 39 6. Summary................................................................................ 42 7. References.............................................................................. 45 Declaration............................................................................. 50 Acknowledgements................................................................. 51

In der Dissertationsschrift wird ein neuartiges Konzept der Realisierung der Direkten Digitalen Frequenzsynthese (DDS) vorgestellt. Ausgehend von der analysierten Literatur werden das Wirkprinzip eines Standard-DDS-Synthesizer analysiert und Möglichkeiten zur Aufwandsreduktion untersucht. Ein neuartiger Ansatz zur Realisierung einer vollständig digitalen DDS ergibt sich in der Anwendung der Pulse-Output-DDS. Bei der Pulse-Output-DDS wird neben dem D/A-Wandler auch die Sinus-ROM-Tabelle aus dem prinzipiellen Aufbau der Standard-DDS entfernt. Ausgehend von einer derart modifizierten DDS-Struktur wird ein geeignetes DDS-Modell entwickelt, mit welchem alle auftretenden Synthesefehler systematisch erfaßt und bewertet werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse über die prinzipbedingten Synthesefehler bilden die Grundlage für Erweiterungen der Pulse-Output-DDS mit deren Hilfe eine qualitative Verbesserung des synthetisierten Signals erreicht wird. Dabei steht vor allem die Anwendung von Verfahren der digitalen Signalverarbeitung im Vordergrund, die zu einer Verringerung bzw. Kompensation oder zu einer spektralen Veränderung des auftretenden DDS-Fehlersignals geeignet sind. Es werden die erreichbaren Verbesserungen, aber auch die theoretischen und praktischen Grenzen von folgenden Verfahren aufgezeigt: absolute Verringerung des DDS-Fehlersignals Dithering des DDS-Fehlersignals Rauschformung (Noise-Shaping) des Fehlersignalspektrums Insbesondere bei der Rauschformung werden unterschiedliche Ansätze untersucht und bewertet mit dem Ziel, ein optimales Verfahren für den Rauschformungsprozeß bei der Verwendung in einer Pulse-Output-DDS zu finden. Durch die echtzeitfähige Implementation eines erweiterten DDS-Systems in einem Standard-CMOS-Prozeß werden die gefundenen theoretischen Lösungen verifiziert.

In der Dissertationsschrift wird ein neuartiges Konzept der Realisierung der Direkten Digitalen Frequenzsynthese (DDS) vorgestellt. Ausgehend von der analysierten Literatur werden das Wirkprinzip eines Standard-DDS-Synthesizer analysiert und Möglichkeiten zur Aufwandsreduktion untersucht. Ein neuartiger Ansatz zur Realisierung einer vollständig digitalen DDS ergibt sich in der Anwendung der Pulse-Output-DDS. Bei der Pulse-Output-DDS wird neben dem D/A-Wandler auch die Sinus-ROM-Tabelle aus dem prinzipiellen Aufbau der Standard-DDS entfernt. Ausgehend von einer derart modifizierten DDS-Struktur wird ein geeignetes DDS-Modell entwickelt, mit welchem alle auftretenden Synthesefehler systematisch erfaßt und bewertet werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse über die prinzipbedingten Synthesefehler bilden die Grundlage für Erweiterungen der Pulse-Output-DDS mit deren Hilfe eine qualitative Verbesserung des synthetisierten Signals erreicht wird. Dabei steht vor allem die Anwendung von Verfahren der digitalen Signalverarbeitung im Vordergrund, die zu einer Verringerung bzw. Kompensation oder zu einer spektralen Veränderung des auftretenden DDS-Fehlersignals geeignet sind. Es werden die erreichbaren Verbesserungen, aber auch die theoretischen und praktischen Grenzen von folgenden Verfahren aufgezeigt: absolute Verringerung des DDS-Fehlersignals Dithering des DDS-Fehlersignals Rauschformung (Noise-Shaping) des Fehlersignalspektrums Insbesondere bei der Rauschformung werden unterschiedliche Ansätze untersucht und bewertet mit dem Ziel, ein optimales Verfahren für den Rauschformungsprozeß bei der Verwendung in einer Pulse-Output-DDS zu finden. Durch die echtzeitfähige Implementation eines erweiterten DDS-Systems in einem Standard-CMOS-Prozeß werden die gefundenen theoretischen Lösungen verifiziert.