Vortrag UNIX-Stammtisch 10/96

A vibração induzida por vórtices - VIV é um assunto muito estudado na engenharia oceânica, tendo seu nome adaptado para VIM por ocasião de observação semelhante em plataformas do tipo Spar no Golfo do México. Com o início da utilização de plataformas monocolunas, especificamente com a instalação da Sevan Piranema no Nordeste Brasileiro, em 2007, questionou-se sobre a ocorrência deste fenômeno nestas unidades de seção cilíndricas, aplicando cargas não previstas aos sistemas de ancoragem, e eventualmente tornando estes subdimensionados. Em um primeiro momento, foi realizado estudo detalhado sobre os trabalhos já realizados na área, e tendo sido encontrado material insuficiente sobre o VIM em plataformas monocolunas, buscou-se a sua caracterização em termos de amplitudes e períodos de oscilação a partir de ensaios em tanques de prova, estratégia justificada pela dificuldade em se obter tais resultados de forma confiável via uma abordagem analítica e/ou numérica. Posteriormente, com o objetivo de se verificar o impacto do VIM nas cargas extremas, e principalmente na fadiga do sistema de ancoragem, foram realizadas análises com dois métodos distintos encontrados na literatura. Em linhas gerais, o primeiro método é descrito como aquele que considera a aplicação do VIM via movimentos equivalentes aos identificados experimentalmente e o segundo, por sua vez, via a consideração apenas das respectivas forças. Para esses estudos foi analisado o sistema de amarração em um cenário típico, sob condições ambientais de vento, onda e correnteza. Finalmente, dada a sua importância observada nos resultados, foram discutidas as relações entre o VIM e alguns fatores externos, tais como: a razão de aspecto da plataforma; a presença concomitante de ondas e o amortecimento viscoso atuante nas linhas de ancoragem, sendo apresentados para este último uma comparação dos resultados obtidos numericamente com aqueles experimentais. / The vortex induced vibration VIV is a main subject studied in the offshore engineering, having its name adapted to VIM by the occurrence in Spar platforms in the Gulf of México. As the first monocolumn unit, the Sevan Piranema, was in Northeast Brazil in 2007, VIM occurrence in cylindrical units like this was questioned, having the mooring lines design dimensioned without this load. Firstly a detailed study about the works developed in this field was performed, and not being found enough publications about VIM in monocolumns, its characterization was aimed in terms of oscillation amplitude and period through model tests, due to the difficulty to obtain reliable results by means of analytical or numerical approaches. Later, with the objective of verifying the impact of VIM in extreme loads and, mainly, in fatigue damage, analyses with two different methods found in the literature were performed. The first consider the application of VIM as a motion in the numerical model, based on the experimental results, and the second applies the observed forces. For these studies the mooring system for a typical scenario was analyzed, under the wave, wind and current environmental force. At last, due to the importance observed from the results, there were discussed the relation of VIM with some external factors, like span wise relation, presence of waves and viscous damping, being presented for this last a comparison of the numerical model results with the experimental is presented.

A vibração induzida por vórtices - VIV é um assunto muito estudado na engenharia oceânica, tendo seu nome adaptado para VIM por ocasião de observação semelhante em plataformas do tipo Spar no Golfo do México. Com o início da utilização de plataformas monocolunas, especificamente com a instalação da Sevan Piranema no Nordeste Brasileiro, em 2007, questionou-se sobre a ocorrência deste fenômeno nestas unidades de seção cilíndricas, aplicando cargas não previstas aos sistemas de ancoragem, e eventualmente tornando estes subdimensionados. Em um primeiro momento, foi realizado estudo detalhado sobre os trabalhos já realizados na área, e tendo sido encontrado material insuficiente sobre o VIM em plataformas monocolunas, buscou-se a sua caracterização em termos de amplitudes e períodos de oscilação a partir de ensaios em tanques de prova, estratégia justificada pela dificuldade em se obter tais resultados de forma confiável via uma abordagem analítica e/ou numérica. Posteriormente, com o objetivo de se verificar o impacto do VIM nas cargas extremas, e principalmente na fadiga do sistema de ancoragem, foram realizadas análises com dois métodos distintos encontrados na literatura. Em linhas gerais, o primeiro método é descrito como aquele que considera a aplicação do VIM via movimentos equivalentes aos identificados experimentalmente e o segundo, por sua vez, via a consideração apenas das respectivas forças. Para esses estudos foi analisado o sistema de amarração em um cenário típico, sob condições ambientais de vento, onda e correnteza. Finalmente, dada a sua importância observada nos resultados, foram discutidas as relações entre o VIM e alguns fatores externos, tais como: a razão de aspecto da plataforma; a presença concomitante de ondas e o amortecimento viscoso atuante nas linhas de ancoragem, sendo apresentados para este último uma comparação dos resultados obtidos numericamente com aqueles experimentais. / The vortex induced vibration VIV is a main subject studied in the offshore engineering, having its name adapted to VIM by the occurrence in Spar platforms in the Gulf of México. As the first monocolumn unit, the Sevan Piranema, was in Northeast Brazil in 2007, VIM occurrence in cylindrical units like this was questioned, having the mooring lines design dimensioned without this load. Firstly a detailed study about the works developed in this field was performed, and not being found enough publications about VIM in monocolumns, its characterization was aimed in terms of oscillation amplitude and period through model tests, due to the difficulty to obtain reliable results by means of analytical or numerical approaches. Later, with the objective of verifying the impact of VIM in extreme loads and, mainly, in fatigue damage, analyses with two different methods found in the literature were performed. The first consider the application of VIM as a motion in the numerical model, based on the experimental results, and the second applies the observed forces. For these studies the mooring system for a typical scenario was analyzed, under the wave, wind and current environmental force. At last, due to the importance observed from the results, there were discussed the relation of VIM with some external factors, like span wise relation, presence of waves and viscous damping, being presented for this last a comparison of the numerical model results with the experimental is presented.

Astrozyten erfüllen unverzichtbare Aufgaben im ZNS. Sie sorgen im Normalfall unter anderem für eine ausgewogene K+/H2O-Clearence, regulieren den Gefäßdurchmesser, bilden die Blut-/Hirnschranke, betreiben “Transmitter-Recycling” und modulieren die interneuronale Signalweitergabe durch prä- und postsynaptische Mechanismen. Die Funktionen und Einflüsse dieser zentralnervösen Gliazellen unter pathologischen Bedingungen im ZNS sind bei weitem nicht so gut untersucht, aber ebenso vielfältig. Eine ganz entscheidende Frage stellt sowohl unter physiologischen wie auch pathologischen Bedingungen das Vorliegen eines Überlappungsfaktors des von benachbarten Astrozyten okkupierten Areals dar. Betrüge ein solcher Faktor ! 1, könnten mehrere Gliazellen das gleiche Areal auch unter pathologischen Bedingungen durch ihre vielfältigen Funktionen unterstützen. Dahingegen würde das Ausbleiben eines Überlappungsgrades ! 1 bedeuten, dass bestimmte Gebiete im Neuropil anfälliger gegen Noxen oder degenerative Veränderungen wären. Um diesen Überlappungsgrad zu untersuchen, wurden Hirnschnitte von Labormäusen mittels einer geeigneten Methodenkombination untersucht. Dabei wurde das durchschnittliche Volumen der Astrozyten im motorischen Kortex durch Golgi- Färbung, sowie deren Zellzahl pro Volumeneinheit durch immunhistochemische Färbungen untersucht und mittels konfokaler Laserscanning-Mikroskopie dokumentiert. Aus diesen Parametern ließ sich ferner der durchschnittliche Überlappungsfaktor im beschriebenen Areal berechnen. Im Interesse dieser Arbeit standen dabei neben dem Unterschied im Überlappungsfaktor der Astrozyten zwischen Wildtyp- und GFAP-/- VIM-/- Knockout- Mäusen, als Beispiel für ein genetisch bedingtes Fehlen dieser Intermediärfilamente, auch der Einfluss des fortschreitenden Lebensalters, so dass für beide Genotypen sowohl junge- als auch alte Tiere untersucht wurden. Folgende Ergebnisse lassen sich zusammenfassen: 1. Das Vorhandensein der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin scheint keinen Einfluss auf das Volumen der Astrozyten im motorischen Kortex zu haben. 2. Das Lebensalter der V ersuchstiere steht mit dem V olumen der Astrozyten signifikant in Zusammenhang. Das von Astrozytenfortsätzen der knapp zwei Jahre alten Tiere okkupierte Volumen betrug mit durchschnittlich ca. 61.000 !m3 gut das Doppelte des Volumens in jungen Mäusen (ca. 28.000 !m3). 3. Die Zellzahl der Astrozyten im motorischen Kortex wird offenbar weder vom Lebensalter, noch vom Vorhandensein der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin signifikant beeinflusst. 4. Der Überlappungsfaktor der Astrozyten im motorischen Kortex lag bei den jungen Kontroll-Tieren bei 0,87 und bei den jungen DKO-Tieren bei 0,96. 5. Der Überlappungsfaktor der Astrozyten im motorischen Kortex lag bei den alten Kontroll-Tieren bei 2,22 und bei den alten DKO-Tieren bei 2,10. Die Ergebnisse zeigen, dass das Fehlen der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin keinen Einfluss auf den Überlappungsgrad der Astrozyten im motorischen Kortex hat. Die Ursache für phänotypisch manifeste Erkrankungen, wie z.B. der Alexander Krankheit, welche durch ein fehlerhaft exprimiertes GFAP in Astrozyten hervorgerufen wird, ist demnach in anderen Mechanismen zu suchen. Großen Einfluss auf den Überlappungsfaktor der Astrozyten hatte dagegen das Lebensalter der Versuchstiere, was sich mit neueren Erkenntnissen zur Funktion der Astrozyten im Hinblick auf Lernvorgänge, aber auch auf degenerative Prozesse, in Zusammenhang bringen lässt.

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La présence d'inclusions d'oxyde au sein d'aubes de turbine haute pression monocristallines en alliage AM1 est suspectée d'être à l'origine de la germination de grains parasites responsables d'une diminution critique des performances mécaniques des aubes. Afin de caractériser l'évolution de la propreté inclusionnaire de l'alliage AM1 au cours des différentes étapes du procédé fonderie par induction sous vide, une étude expérimentale et numérique a été réalisée. La partie expérimentale combine d'une part des visualisations in situ du radeau inclusionnaire à la surface du bain de métal en cours de fusion et d'autre part la réalisation du test du bouton sur un ensemble d'échantillons de matière prélevés aux différentes étapes du procédé de fonderie, dans le but de caractériser la population d'inclusions (nature chimique, distribution de taille, fraction volumique). Les résultats mettent en évidence une modification de la population inclusionnaire majoritaire au cours du procédé en raison d'une alimentation régulière du bain de métal en particules d'oxyde issues du creuset de fusion. La partie numérique s'appuie sur un ensemble de trois modèles permettant la modélisation successive des forces de brassage électromagnétiques, de l'écoulement turbulent du métal liquide et de la trajectographie des particules d'oxydes au sein du bain métallique. La surface du bain de métal est considérée déformée et non évolutive au cours du temps. Le modèle de trajectographie tient compte de la turbulence de l'écoulement et de différentes formes de particules. Les résultats numériques montrent une bonne concordance avec les tendances dégagées expérimentalement / The presence of oxide inclusions within single-crystal turbine blade high pressure in AM1 involves the germination of parasite grains succeeding the critical reduction of their mechanical performances.In order to evaluate the cleanliness of material AM1 and to follow its evolution during various stages of the process foundry (VIM), an experimental and a numerical study were carried out. The experimental part consists in following the evolution of the inclusion population of the raw material until the liquid bath by combining visualizations of the surface of the liquid bath and the application of the electron beam button melting test on a set of material extracted during the process of foundry. The results highlight a modification of the major inclusion population during the process and a regular supply of particles within the liquid bath which come from the crucible. The digital part is based on a set of three models allowing the modeling of the electromagnetic, hydrodynamic phenomena and the trajectory calculation of the particles within the liquid bath. The value of the intensity of the electric current was given from a calibration of the electromagnetic model based to experimental measures of the axial magnetic induction within the industrial furnace. For the whole of the mathematical models, the surface of the liquid bath selected is deformed and non-evolutive. The model of trajectory calculation is based on a Lagrangian approach by taking account of the turbulence of the flow. The digital results show a good agreement with in experiments released tendencies

Background: Essential tremor (ET) is the most common movement disorder. In cases resistant to pharmacological treatment, functional stereotactic neurosurgery can be an alternative. Lesional surgery has largely been replaced by deep brain stimulation (DBS). The current target of choice is the ventrolateral thalamus (Vim). Vim DBS has generally shown good results, but in some cases it is associated with a suboptimal effect as well as side effects. DBS in the posterior subthalamic area/caudal zona incerta (PSA/cZi) has recently shown promising effects. Recently the role of lesional therapy in selected cases has been discussed. Aim: The aim is to evaluate stereotactic functional procedures in the treatment of ET, with special emphasis on PSA DBS. Further the effects of DBS in the PSA are evaluated. The optimal target is also assessed by evaluating the effect of Vim and PSA DBS in relation to the position of the electrode. An attempt to identify patient-specific factors of prognostic importance for the outcome after DBS will be made. The quality of life (QoL) of patients treated with PSA DBS for ET will be assessed. Finally, the aim is also to analyze retrospectively the long-term outcome of lesional procedures (thalamotomies). Method: The thesis consists of five studies. The optimal electrode location is evaluated in a study analyzing the location of the electrode contact yielding the best effect in Vim DBS and PSA DBS groups. The efficacy of PSA DBS in 21 patients is evaluated in a prospective study. The correlation between outcome, age, tremor grade and gender is established in a prospective study consisting of 68 patients. Finally, the degree of improvement in QoL is determined in 16 patients operated on in the PSA. The very long-term effect of lesional surgery has been investigated in a retrospective study of nine patients who have undergone thalamotomy. Results: In the study of PSA DBS the total score on the Essential Tremor Rating Scale (ETRS) was reduced by 60% compared to the baseline value. Tremor of the arm was improved by 95%. The study evaluating the optimal contact location showed that the best effect was in the PSA in 54% and in the Vim in 12%. The efficacy of DBS was not related to age, gender, or the severity of tremor with regard to the percentage reduction of tremor on stimulation. In patients with a more severe tremor at baseline, a higher degree of residual tremor on stimulation was seen. With regard to QoL, the activities of daily living (ADL) according to the ETRS score were significantly improved, as well as according to the ADL and psychosocial subscores on the Questionnaire for Essential Tremor (QUEST) scale. No significant changes were found on the generic Short Form (SF-36) QoL scale. Thalamotomy had some positive effects, but also a significant amount of side effects that might be attributed to the surgery. Conclusions: The effect of PSA DBS was very satisfying and compares well with the results from Vim DBS. When both Vim and PSA DBS are considered, the optimal target seems to be located in the PSA. PSA DBS shows good results in improving ADL, but the results have been difficult to demonstrate on QoL scales. The efficacy of DBS could not be shown to be associated with gender or age. Nor was it associated with the severity of tremor regarding the percentage of tremor reduction on stimulation. The preoperative severity of tremor was the most important factor regarding outcome following DBS. With regard to thalamotomies, some possible remaining benefit of the surgery could be seen along with some severe side effects.

Astrozyten erfüllen unverzichtbare Aufgaben im ZNS. Sie sorgen im Normalfall unter anderem für eine ausgewogene K+/H2O-Clearence, regulieren den Gefäßdurchmesser, bilden die Blut-/Hirnschranke, betreiben “Transmitter-Recycling” und modulieren die interneuronale Signalweitergabe durch prä- und postsynaptische Mechanismen. Die Funktionen und Einflüsse dieser zentralnervösen Gliazellen unter pathologischen Bedingungen im ZNS sind bei weitem nicht so gut untersucht, aber ebenso vielfältig. Eine ganz entscheidende Frage stellt sowohl unter physiologischen wie auch pathologischen Bedingungen das Vorliegen eines Überlappungsfaktors des von benachbarten Astrozyten okkupierten Areals dar. Betrüge ein solcher Faktor ! 1, könnten mehrere Gliazellen das gleiche Areal auch unter pathologischen Bedingungen durch ihre vielfältigen Funktionen unterstützen. Dahingegen würde das Ausbleiben eines Überlappungsgrades ! 1 bedeuten, dass bestimmte Gebiete im Neuropil anfälliger gegen Noxen oder degenerative Veränderungen wären. Um diesen Überlappungsgrad zu untersuchen, wurden Hirnschnitte von Labormäusen mittels einer geeigneten Methodenkombination untersucht. Dabei wurde das durchschnittliche Volumen der Astrozyten im motorischen Kortex durch Golgi- Färbung, sowie deren Zellzahl pro Volumeneinheit durch immunhistochemische Färbungen untersucht und mittels konfokaler Laserscanning-Mikroskopie dokumentiert. Aus diesen Parametern ließ sich ferner der durchschnittliche Überlappungsfaktor im beschriebenen Areal berechnen. Im Interesse dieser Arbeit standen dabei neben dem Unterschied im Überlappungsfaktor der Astrozyten zwischen Wildtyp- und GFAP-/- VIM-/- Knockout- Mäusen, als Beispiel für ein genetisch bedingtes Fehlen dieser Intermediärfilamente, auch der Einfluss des fortschreitenden Lebensalters, so dass für beide Genotypen sowohl junge- als auch alte Tiere untersucht wurden. Folgende Ergebnisse lassen sich zusammenfassen: 1. Das Vorhandensein der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin scheint keinen Einfluss auf das Volumen der Astrozyten im motorischen Kortex zu haben. 2. Das Lebensalter der V ersuchstiere steht mit dem V olumen der Astrozyten signifikant in Zusammenhang. Das von Astrozytenfortsätzen der knapp zwei Jahre alten Tiere okkupierte Volumen betrug mit durchschnittlich ca. 61.000 !m3 gut das Doppelte des Volumens in jungen Mäusen (ca. 28.000 !m3). 3. Die Zellzahl der Astrozyten im motorischen Kortex wird offenbar weder vom Lebensalter, noch vom Vorhandensein der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin signifikant beeinflusst. 4. Der Überlappungsfaktor der Astrozyten im motorischen Kortex lag bei den jungen Kontroll-Tieren bei 0,87 und bei den jungen DKO-Tieren bei 0,96. 5. Der Überlappungsfaktor der Astrozyten im motorischen Kortex lag bei den alten Kontroll-Tieren bei 2,22 und bei den alten DKO-Tieren bei 2,10. Die Ergebnisse zeigen, dass das Fehlen der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin keinen Einfluss auf den Überlappungsgrad der Astrozyten im motorischen Kortex hat. Die Ursache für phänotypisch manifeste Erkrankungen, wie z.B. der Alexander Krankheit, welche durch ein fehlerhaft exprimiertes GFAP in Astrozyten hervorgerufen wird, ist demnach in anderen Mechanismen zu suchen. Großen Einfluss auf den Überlappungsfaktor der Astrozyten hatte dagegen das Lebensalter der Versuchstiere, was sich mit neueren Erkenntnissen zur Funktion der Astrozyten im Hinblick auf Lernvorgänge, aber auch auf degenerative Prozesse, in Zusammenhang bringen lässt.:BIBLIOGRAPHISCHE BESCHREIBUNG 1 INHALTSVERZEICHNIS 2 VERZEICHNIS DER ABKÜRZUNGEN 5 1. EINLEITUNG UND FRAGESTELLUNG 6 1.1 Das ZNS / Der Kortex 6 1.2 Gliazellen 9 1.2.1 Astrozyten 10 1.2.1.1 Morphologie / Morphometrie 10 1.2.1.2 Funktionen 12 1.2.1.3 reaktive Astrozyten 13 1.3 Intermediärfilamente 14 1.3.1 Funktionen 17 1.3.2 Intermediärfilamente und Zellwachstum 18 1.4 Ziel der Arbeit 19 2. MATERIAL UND METHODEN 24 2.1 Die Versuchstiere 24 2.2 Golgi-Färbungen 25 2.3 Immunhistochemische Färbungen 26 2.3.1 Die indirekte Nachweismethode 27 2.4 Das konfokale Mikroskop 28 2.5 Mikroskopische Untersuchung 30 2.5.1 Untersuchung der Volumina 30 2.5.2 Untersuchung der Zellzahlen 32 2.6 Bildauswertung 34 2.6.1 Volumenmessung / Golgi-Präparate 34 2.6.2 Zellzahl / Immunhistochemie 37 2.7 Berechnungen / Überlappungsfaktor / Statistische Auswertung 38 3. ERGEBNISSE 40 3.1 Volumina der Astrozyten 40 3.2 Zellzahl der Astrozyten 45 3.3 Der Überlappungsfaktor 48 3.4 Zusammenfassung 51 4. DISKUSSION 52 4.1 Kritik an der Methodik 52 4.1.1 Golgi-Färbungen zur Volumenmessung 52 4.1.2 S100-ß als Marker zur Zellzahl-Bestimmung 53 4.1.3 Schrumpfung der Präparate 54 4.2 Einordnung der Ergebnisse in die Literatur / Schlussfolgerungen 56 5. ZUSAMMENFASSUNG 60 6. LITERATUR 64 SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG 68 LEBENSLAUF 69 DANKSAGUNG 71

The Random Forest model is commonly used as a predictor function and the model have been proven useful in a variety of applications. Their popularity stems from the combination of providing high prediction accuracy, their ability to model high dimensional complex data, and their applicability under predictor correlations. This report investigates the random forest variable importance measure (VIM) as a means to find a ranking of important variables. The robustness of the VIM under imputation of categorical noise, and the capability to differentiate informative predictors from non-informative variables is investigated. The selection of variables may improve robustness of the predictor, improve the prediction accuracy, reduce computational time, and may serve as a exploratory data analysis tool. In addition the partial dependency plot obtained from the random forest model is examined as a means to find underlying relations in a non-linear simulation study. / Random Forest (RF) är en populär prediktormodell som visat goda resultat vid en stor uppsättning applikationsstudier. Modellen ger hög prediktionsprecision, har förmåga att modellera komplex högdimensionell data och modellen har vidare visat goda resultat vid interkorrelerade prediktorvariabler. Detta projekt undersöker ett mått, variabel importance measure (VIM) erhållna från RF modellen, för att beräkna graden av association mellan prediktorvariabler och målvariabeln. Projektet undersöker känsligheten hos VIM vid kvalitativt prediktorbrus och undersöker VIMs förmåga att differentiera prediktiva variabler från variabler som endast, med aveende på målvariableln, beskriver brus. Att differentiera prediktiva variabler vid övervakad inlärning kan användas till att öka robustheten hos klassificerare, öka prediktionsprecisionen, reducera data dimensionalitet och VIM kan användas som ett verktyg för att utforska relationer mellan prediktorvariabler och målvariablel.