In large and complex systems, failures can have dramatic consequences, such as black-outs, pandemics or the loss of entire classes of an ecosystem. Nevertheless, it is a centuries-old intuition that by using networks to capture the core of the complexity of such systems, one might understand in which part of a system a phenomenon originates. I investigate this intuition using spectral methods to decouple the dynamics of complex systems near stationary states into independent dynamical modes. In this description, phenomena are tied to a specific part of a system through localized eigenvectors which have large amplitudes only on a few nodes of the system's network. Studying the occurrence of localized eigenvectors, I find that such localization occurs exactly for a few small network structures, and approximately for the dynamical modes associated with the most prominent failures in complex systems. My findings confirm that understanding the functioning of complex systems generally requires to treat them as complex entities, rather than collections of interwoven small parts. Exceptions to this are only few structures carrying exact localization, whose functioning is tied to the meso-scale, between the size of individual elements and the size of the global network. However, while understanding the functioning of a complex system is hampered by the necessary global analysis, the prominent failures, due to their localization, allow an understanding on a manageable local scale. Intriguingly, food webs might exploit this localization of failures to stabilize by causing the break-off of small problematic parts, whereas typical attempts to optimize technological systems for stability lead to delocalization and large-scale failures. Thus, this thesis provides insights into the interplay of complexity and localization, which is paramount to ascertain the functioning of the ever-growing networks on which we humans depend.:1 Introduction 2 Concepts and Tools 2.1 Networks 2.2 Food webs 2.3 Dynamics on networks 2.4 Steady state operating modes 2.5 Bifurcations affecting operating modes 2.6 Dynamical modes 2.7 Generalized models for food webs 3 Perturbation Impact 3.1 Impact of perturbations on food webs 3.2 Examples 3.3 Impact formulation with dynamical modes 3.4 Influence and sensitivity of species 3.5 Localized dynamical modes 3.6 Iterative parameter estimation 3.7 Most important parameters and species 3.8 Discussion 4 Exact Localization 4.1 Graph symmetries 4.2 Localized dynamics on symmetries 4.3 Exactly localized dynamics 4.4 Symmetry reduction in networks 4.5 Application to food webs 4.6 Localization on asymmetric structures 4.7 Nearly-exact localization 4.8 Other systems 4.9 Discussion 5 Approximate Localization 5.1 Spread of a dynamical mode 5.2 Examples for localized instabilities 5.3 Localization of extreme eigenvalues 5.4 Dependence on the system size 5.5 Localization in the model of R. May 5.6 Finding motifs that carry localization 5.7 (Self-)stabilization of food webs 5.8 Repairing localized instabilities 5.9 Discussion 6 Conclusions Acknowledgments Appendix A Parametrization of the Gatun Lake food web B The Master Stability Function approach C Approximate localization on larger structures Bibliography

We study cellular automata as discrete dynamical systems and in particular investigate under which conditions two cellular automata are topologically conjugate. Based on work of McKinsey, Tarski, Pierce and Head we introduce derivative algebras to study the topological structure of sofic shifts in dimension one. This allows us to classify periodic cellular automata on sofic shifts up to topological conjugacy based on the structure of their periodic points. We also get new conjugacy invariants in the general case. Based on a construction by Hanf and Halmos, we construct a pair of non-homeomorphic subshifts whose disjoint sums with themselves are homeomorphic. From this we can construct two cellular automata on homeomorphic state spaces for which all points have minimal period two, which are, however, not topologically conjugate. We apply our methods to classify the 256 elementary cellular automata with radius one over the binary alphabet up to topological conjugacy. By means of linear algebra over the field with two elements and identities between Fibonacci-polynomials we show that every conjugacy between rule 90 and rule 150 cannot have only a finite number of local rules. Finally, we look at the sequences of finite dynamical systems obtained by restricting cellular automata to spatially periodic points. If these sequences are termwise conjugate, we call the cellular automata conjugate on all tori. We then study the invariants under this notion of isomorphism. By means of an appropriately defined entropy, we can show that surjectivity is such an invariant.

OPTIMUS MOTUS (R) ist ein grafischer Editor, um komplexe Bewegungsabläufe zu modellieren, zu optimieren, zu testen und schließlich als Funktionsbausteine für die SPS-Welt zu exportieren. So können SPS-Bewegungsprogramme erheblich schneller entwickelt und geändert werden als bei manueller Programmentwicklung. Die aus der Kurventechnik bekannte Bewegungsqualität kommt damit auch bei Servoantrieben zum Tragen. Das Debugging entfällt, weil die Quelltexte maschinell erzeugt werden.

Psychological safety is a key factor for successful teamwork. Psychological safety signifies that individuals who work together share the belief that their team is safe for interpersonal risk taking. Since the 1970s, researchers have emphasized the importance of psychological safety for work teams in order to deal with changes and related feelings of uncertainty due to a competition-oriented and fast-paced labor market. Numerous studies demonstrated the relevance of psychological safety for learning from failures and for the improvement of performance levels in all kinds of work contexts. Most notably, psychological safety was found to be related to patient safety in clinical contexts. Thus, psychological safety is particularly relevant in team settings where customers or patients depend on the team’s performance, as is the case in hospital teams, care teams, flight crews, and other interdisciplinary team settings. Changes are inherent in the nature of psychological safety. Yet, researchers have just begun to investigate how psychological safety forms and develops over time. First findings on the development are inconsistent and previous research lacks an overall theoretical framework on the effects of time and other group-bounded factors that affect the development of psychological safety. This dissertation contributs to previous research by focusing on dynamics of psychological safety and embedding the hypotheses into a more holistic theoretical framework on team development over time. More precisely, this work builds on the model of group faultlines that considers group diversity, and more specifically subgroup emergence, as one important origin of psychological safety dynamic across teams. Accordingly, team faultlines, defined as hypothetical lines that split a team into subgroups based on multiple attributes, have a negative impact on the formation of psychological safety. Furthermore, this work refers to a theoretical approach, which emphasizes the inclusion of time in team research thereby encouraging researchers to take a more dynamic perspective on team processes by studying the changes and subsequent effects on team outcomes. As teams are sensitive to signals of psychological safety from the very beginning of teamwork, this work focused on the relation between trajectories of team psychological safety change and team performance. In Study 1, I referred to the Leader-Member-Exchange theory and examined differences in team members’ perceptions caused by subgroup dynamics. Accordingly, members who belong to the in-group of the leader benefit from more exchange of resources compared to members of an out-group. I tested the relation of subgroup belonging and psychological safety in the presence of high or low task conflict, as conflicts are critical events that impact psychological safety. I found that team members who were close to the leader in terms of demographic similarity were less affected by high task conflict compared to members who were demographically different from the leader. This study thus identified a boundary condition of psychological safety, namely subgroup belonging, as being similar to the leader buffered the negative effects of task conflict on perceptions of interpersonal risk-taking. Regarding the development of team perceptions of psychological safety, first studies indicated that psychological safety either remains relatively stable, or slightly decreases over time. In Study 2, I therefore focused on the development of psychological safety and antecedents of both the formation and changes over time. I tested for the effects of three well-studied deep level diversity attributes, namely values, team ability, and team personality, and for effects of group faultlines on psychological safety. The results showed that psychological safety decreased over time. Furthermore, teams who had a strong attitude toward teamwork and were characterized by a weak faultline started into the project with high initial levels of psychological safety (as compared to teams with low attitude toward teamwork and strong faultlines). Yet, in teams with high task-specific skills, psychological safety decreased (as compared to teams with low skills), whereas in teams with high team conscientiousness, psychological safety increased over time (as compared to teams with low team conscientiousness). This study demonstrated the relevance of considering temporal dynamics of psychological safety in team research. Further studies should investigate which factors, other than time, predict the negative development. Does it reflect a natural phenomenon in teams, or are there other mechanisms that explain this finding more accurately such as cross-subgroup communication? Furthermore, important conditions for the formation and development of psychological safety were identified that could provide starting points for the design of interventions regarding how and when the development of psychological safety should be supported from leaders or team coaches. As a consequence of the previous results, the focus of the third study was put on team trajectories of psychological safety, more precisely, whether changes of psychological safety affected team variables such as team performance. According to team development theories, the first half of a project is decisive as team members lay the foundation for important changes around midpoint. A constructive discussion and evaluation at midpoint again separated high- from low-performing teams. Thus, besides absolute levels, relative changes should affect team performance. The results support this proposition as changes of psychological safety predicted team effectiveness above and beyond absolute levels. Taken together, this work highlights the effects of subgroup dynamics and time for research on psychological safety. This dissertation is a pioneer work as all three studies provide crucial insights on dynamics of psychological safety opening up implications for practitioners and new avenues for future research.:Acknowledgements 1 Summary (English) 2 Summary (German) 4 List of Contents 7 List of Figures 10 List of Tables 11 1 Psychological Safety in Teams and Organizations 12 1.1 Relevance of the Topic 12 1.2 Research Objectives 13 1.3 Structure of the Dissertation 15 2 Conceptual Clarifications 16 2.1 Psychological Safety in Teams 16 2.2 Definition of Work Teams 17 2.3 Differences Between Psychological Safety and Trust 18 2.4 Measuring Psychological Safety in Teams 19 3 Antecedents, Outcomes, and Boundary Conditions of Team Psychological Safety 24 3.1 Outcomes of Psychological Safety 25 3.2 Antecedents of Psychological Safety 25 3.2.1 Leadership Behavior 26 3.2.2 Relationship Networks 27 3.2.3 Team Characteristics 27 3.2.4 Individual Differences and Perceptions of Organizational Practices 28 3.3 Psychological Safety as Boundary Condition 28 3.4 Evaluation of the Previous Research, Future Directions, and Contributions 29 4 The Current Research 30 4.1 Contributions 30 4.2 Theoretical Framework of the Dissertation 31 4.3 Overview of the Research Program 35 5 Study 1 – About the Buffering Effect of Subgroup Belonging on the Relation Between Task Conflict and Psychological Safety 39 5.1 Introduction 40 5.1.1 Psychological Safety 41 5.1.2 Relationship and Task Conflict in Teams 42 5.1.3 Empirical Findings on Conflict and Psychological Safety 43 5.1.4 Group Faultlines Impact Team Processes 43 5.1.5 Emergence of Subgroups: Leader In-Group and Out-Groups 44 5.1.6 Goals of the Study and Hypotheses 46 5.2 Method 47 5.2.1 Participants 47 5.2.2 Procedure 47 5.2.3 Assessment and Operationalization of the Variables 48 5.3 Results 50 5.3.1 Agreement Between Staff Members 50 5.3.2 Multilevel Model Analyses Predicting Psychological Safety 52 5.3.3 Conflict and Demographic Faultline Strength Predict Psychological Safety 54 5.3.4 Testing for a Cross-Level Interaction: Belonging to the Principal In-Group or Out-Group as Moderator 54 5.4 Discussion 55 5.4.1 Practical Implications 58 5.4.2 Conclusions 58 6 Study 2 – About the Effects of Time, Demographic Faultline Strength, and Deep–Level Group Diversity on the Development of Psychological Safety 59 6.1 Introduction 60 6.1.1 Psychological Safety in Groups – Definition, Important Outcomes, and Antecedents 62 6.1.2 Hypotheses Development – Theoretical Considerations and Empirical Findings 62 6.1.2.1 The Effect of Time on Group Psychological Safety. 63 6.1.2.2 Demographic Faultline Strength Predicts Initial Levels of Group Psychological Safety. 64 6.1.2.3 Deep Level Group Diversity Predict Initial Levels and Changes of Group Psychological Safety. 66 6.1.2.4 Psychological Safety is Related to Group Performance. 69 6.2 Method 70 6.2.1 Participants 70 6.2.2 Team Task and Recruitment of Participants 71 6.2.3 Design and Procedure 71 6.2.4 Measures 72 6.3 Results 74 6.3.1 Data Preparation, Agreement Between Group Members and Data Aggregation 75 6.3.2 Correlations Between Demographic Faultline Strength, Group Diversity Variables, Psychological Safety, and Group Performance 77 6.3.3 Reasoning of Control Variables for the Linear Growth Curve Model 79 6.3.4 Modelling the Effects of Time and Group Diversity on Group Psychological Safety 80 6.3.4 Fitting the Model’s Structure 80 6.3.5 Effects of Time, Demographic Faultline Strength, and Deep Level Group Diversity on Initial Levels and Changes of Group Psychological Safety 82 6.3.6 Replication of the Positive Relation Between Psychological Safety and Group Performance 83 6.3 Discussion 83 6.4.1 Limitations and Future Research 87 6.4.2 Implications 88 6.4.3 Conclusion 89 7 Study 3 – About the Effects of Relative Changes of Psychological Safety over Time on Team Performance 90 7.1 Introduction 91 7.1.1 Psychological Safety in Teams 92 7.1.2 Initial Levels and Changes of Team Psychological Safety Predict Team Performance 93 7.2 Method 97 7.2.1 Participants 97 7.2.2 Team Task and Recruitment of Participants 98 7.2.3 Design and Procedure 98 7.2.4 Measures 100 7.3 Results 101 7.3.1 Agreement Between Team Members and Data Aggregation 101 7.3.2 Clustering Changes of Psychological Safety Within Teams 101 7.3.3 Correlations Between Psychological Safety Trajectory Clusters and Team Performance 102 7.3.4 Initial Levels and Changes of Psychological Safety Predict Team Performance 105 7.4 Discussion 105 7.4.1 Limitations and Future Research 108 7.4.2 Practical Implications 109 7.4.3 Conclusion 110 8 General Discussion 111 8.1 Summary and Integration of Findings 111 8.2 Theoretical Implications 115 8.3 Strength and Limitations 117 8.4 Future Directions 120 8.5 Practical Implications 123 8.6 Conclusion 126 9 Appendix – R-Script for Cluster-Calculation 128 10 Reference List 130 11 Curriculum Vitae 143 12 Scientific Career 146 13 Eidesstattliche Erklärung 149 / Psychologische Sicherheit ist ein Schlüsselfaktor für erfolgreiche Teamarbeit. Psychologische Sicherheit bedeutet, dass Personen, die zusammenarbeiten, den Glauben teilen, dass das Team sicher ist, um interpersonelle Risiken einzugehen. Seit Mitte der 70er Jahre betonen Forscher die Bedeutung von psychologischer Sicherheit für Arbeitsteams und deren Umgang mit den Veränderungen und der damit verbundenen Unsicherheit verursacht durch einen wettbewerbsorientierten und schnelllebigen Arbeitsmarkt. Zahlreiche Studien zeigen die Relevanz von psychologischer Sicherheit für das Lernen aus Misserfolgen und die Verbesserung der Teamleistung in verschiedenen Arbeitskontexten auf. Ein Befund zeigt, dass psychologische Sicherheit mit der physiologischen Sicherheit von Patienten assoziiert ist. Folglich ist psychologische Sicherheit insbesondere dann von Bedeutung, wenn Patienten oder Klienten von der Leistung eines Teams abhängig sind, wie das bspw. in OP-Teams, Pflegeteams, Flugbesatzung, oder anderen interdisziplinären Settings der Fall ist. Obgleich psychologische Sicherheit auf Gruppenebene konzeptualisiert ist und Veränderungen in der Natur dieses Konstruktes liegen, haben Forscher erst vor Kurzem begonnen zu untersuchen, wie psychologische Sicherheit entsteht und sich im Verlauf der Zusammenarbeit verändert. Jedoch sind die Befunde inkonsistent und der Forschung fehlt ein konzeptuelles Rahmenmodell darüber, wie die Zeit und andere durch die Gruppe bedingte Faktoren die Entwicklung von psychologischer Sicherheit beeinflussen. Diese Dissertation trägt zur vorherigen Forschung bei, indem sie den Fokus auf die Dynamiken psychologischer Sicherheit legt und die Forschungsthesen in ein ganzheitliches theoretisches Rahmenmodell zur Entwicklung von Teams einbettet. Im Einzelnen stützt sich die Arbeit auf das Modell der Gruppenbruchlinien, das Gruppendiversität als eine wichtige Ursache für dynamische Prozesse in Teams aufgrund von Subgruppenbildung ansieht. Demnach haben Gruppenbruchlinien (Faultlines), sogenannte hypothetische Linien, die Teams in homogene Subgruppen anhand multipler Attribute teilen, negative Folgen auf die Entstehung von psychologischer Sicherheit. Weiterhin bezieht sich die Arbeit auf einen theoretischen Ansatz, der den Einbezug der Zeit in den Vordergrund rückt und Forscher ermutigen soll eine dynamischere Perspektive auf Teamprozesse einzunehmen und Veränderungen sowie deren Folgen für Teamarbeit zu studieren. Da Teams von Beginn an und in den frühen Phasen der Zusammenarbeit für Signale psychologischer Sicherheit empfänglich sind, lag der Fokus auf Veränderungen in der psychologischen Sicherheit und dem Zusammenhang zwischen Veränderungen und Teamleistung. In Studie 1 bezog ich mich auf die Leader-Member-Exchange Theorie und untersuchte Unterschiede in der Wahrnehmung von psychologischer Sicherheit von Teammitgliedern aufgrund von Subgruppendynamik. Demnach profitieren In-Group Mitglieder der Führungskraft von einem höheren Austausch von Ressourcen im Vergleich zu Mitgliedern der Out-Group. Ich testete die Beziehung von Subgruppenzugehörigkeit und psychologischer Sicherheit in der Präsenz von hohem vs. niedrigem Aufgabenkonflikt, da Konflikte kritische Ereignisse sind, die sich negativ auf die psychologische Sicherheit auswirken können. Ich fand heraus, dass Teammitglieder, die mit ihrer Führungskraft demographisch ähnlich waren, von den negativen Auswirkungen von Aufgabenkonflikt weniger betroffen waren als Teammitglieder, die sich von der Führungskraft diesbezüglich unterschieden. Diese Studie identifiziert eine Grenzbedingung für psychologische Sicherheit, nämlich die Subgruppenzugehörigkeit, da die demographische Nähe zur Führungskraft den negativen Effekt von Aufgabenkonflikt für die Wahrnehmung von psychologischer Sicherheit pufferte. Hinsichtlich der Entwicklung von psychologischer Sicherheit, legen erste Studien nahe, dass sie sich nicht verändert, bzw. Über die Zeit leicht abnimmt. In Studie 2 untersuchte ich daher die Entwicklung von psychologischer Sicherheit und Antezedenzien für die Entstehung und Veränderungen im Verlauf der Zeit. Ich testete für Effekte von drei gut erforschten tieferliegenden Diversitätsattributen, nämlich Werte, Teamfähigkeit und Teampersönlichkeit. Die Ergebnisse zeigen, dass psychologischer Sicherheit über die Zeit abnahm. Darüber hinaus starteten Teams, die eine positive Einstellung zu Teamarbeit hatten und deren Gruppe von schwachen Faultlines gekennzeichnet war, mit einem hohen Anfangsniveau an psychologischer Sicherheit in die Projektarbeit (im Vergleich zu Teams mit negativer Einstellung zur Teamarbeit und starker Faultline). Allerdings nahm die psychologische Sicherheit in Teams mit hohen aufgabenspezifischen Fähigkeiten (im Vergleich zu niedrigen aufgabenspezifischen Fähigkeiten) über die Zeit ab, wohingegen sie in Gruppen mit hoher Gewissenhaftigkeit (im Vergleich zu niedriger Gewissenhaftigkeit) zunahm. Die Studie zeigt die Relevanz der Berücksichtigung von zeitlichen Dynamiken der psychologischen Sicherheit in der Team Forschung. So kann weiterführend dazu geforscht werden, welche anderen Faktoren als Zeit die negative Entwicklung vorhersagen. Handelt es sich hierbei um eine natürliche Entwicklung in Teams, oder erklären andere Mechanismen wie bspw. Kommunikation über Subgruppen hinweg diesen Befund? Darüber hinaus wurden wichtige Konditionen für die Entstehung und Entwicklung von psychologischer Sicherheit identifiziert, die zur Planung von Inhalten und dem Timing von Teaminterventionen zur Förderung der psychologischen Sicherheit durch Führungskräfte oder Team Coaches genutzt werden können. Als Konsequenz der vorherigen Ergebnisse, lag der Fokus der dritten Studie auf den Teamverläufen von psychologischer Sicherheit, präziser noch, auf den Effekten von Veränderungen psychologischer Sicherheit und deren Auswirkungen auf andere Teamvariablen wie bspw. Teamleistung. Laut Team Entwicklungstheorien ist die erste Hälfte der Projektarbeit entscheidend da Teammitglieder die Fundamente für bedeutende Veränderungen zur Mitte legen. Eine konstruktive Diskussion und Bewertung zur Mitte des Projektes wiederum trennt Hochleistungsteams von Teams mit schwacher Leistung. Daher sollte neben der absoluten Einschätzung von psychologischer Sicherheit auch die relative Veränderung Auswirkungen auf die Teamleistung haben. Die Ergebnisse unterstützen diese Annahme. Wir fanden dass Veränderungen in der psychologischen Sicherheit die Teameffektivität über die Baseline hinaus vorhersagten. Insgesamt hebt diese Arbeit die Effekte von Subgruppendynamiken und Zeit für die Forschung von psychologischer Sicherheit hervor. Diese Dissertation leistete Pionierarbeit indem alle drei Studien entscheidende Einsichten in die Dynamiken von psychologischer Sicherheit bieten und Implikationen für Praktiker beinhalten sowie neue Bereiche für zukünftige Forschung eröffnen.:Acknowledgements 1 Summary (English) 2 Summary (German) 4 List of Contents 7 List of Figures 10 List of Tables 11 1 Psychological Safety in Teams and Organizations 12 1.1 Relevance of the Topic 12 1.2 Research Objectives 13 1.3 Structure of the Dissertation 15 2 Conceptual Clarifications 16 2.1 Psychological Safety in Teams 16 2.2 Definition of Work Teams 17 2.3 Differences Between Psychological Safety and Trust 18 2.4 Measuring Psychological Safety in Teams 19 3 Antecedents, Outcomes, and Boundary Conditions of Team Psychological Safety 24 3.1 Outcomes of Psychological Safety 25 3.2 Antecedents of Psychological Safety 25 3.2.1 Leadership Behavior 26 3.2.2 Relationship Networks 27 3.2.3 Team Characteristics 27 3.2.4 Individual Differences and Perceptions of Organizational Practices 28 3.3 Psychological Safety as Boundary Condition 28 3.4 Evaluation of the Previous Research, Future Directions, and Contributions 29 4 The Current Research 30 4.1 Contributions 30 4.2 Theoretical Framework of the Dissertation 31 4.3 Overview of the Research Program 35 5 Study 1 – About the Buffering Effect of Subgroup Belonging on the Relation Between Task Conflict and Psychological Safety 39 5.1 Introduction 40 5.1.1 Psychological Safety 41 5.1.2 Relationship and Task Conflict in Teams 42 5.1.3 Empirical Findings on Conflict and Psychological Safety 43 5.1.4 Group Faultlines Impact Team Processes 43 5.1.5 Emergence of Subgroups: Leader In-Group and Out-Groups 44 5.1.6 Goals of the Study and Hypotheses 46 5.2 Method 47 5.2.1 Participants 47 5.2.2 Procedure 47 5.2.3 Assessment and Operationalization of the Variables 48 5.3 Results 50 5.3.1 Agreement Between Staff Members 50 5.3.2 Multilevel Model Analyses Predicting Psychological Safety 52 5.3.3 Conflict and Demographic Faultline Strength Predict Psychological Safety 54 5.3.4 Testing for a Cross-Level Interaction: Belonging to the Principal In-Group or Out-Group as Moderator 54 5.4 Discussion 55 5.4.1 Practical Implications 58 5.4.2 Conclusions 58 6 Study 2 – About the Effects of Time, Demographic Faultline Strength, and Deep–Level Group Diversity on the Development of Psychological Safety 59 6.1 Introduction 60 6.1.1 Psychological Safety in Groups – Definition, Important Outcomes, and Antecedents 62 6.1.2 Hypotheses Development – Theoretical Considerations and Empirical Findings 62 6.1.2.1 The Effect of Time on Group Psychological Safety. 63 6.1.2.2 Demographic Faultline Strength Predicts Initial Levels of Group Psychological Safety. 64 6.1.2.3 Deep Level Group Diversity Predict Initial Levels and Changes of Group Psychological Safety. 66 6.1.2.4 Psychological Safety is Related to Group Performance. 69 6.2 Method 70 6.2.1 Participants 70 6.2.2 Team Task and Recruitment of Participants 71 6.2.3 Design and Procedure 71 6.2.4 Measures 72 6.3 Results 74 6.3.1 Data Preparation, Agreement Between Group Members and Data Aggregation 75 6.3.2 Correlations Between Demographic Faultline Strength, Group Diversity Variables, Psychological Safety, and Group Performance 77 6.3.3 Reasoning of Control Variables for the Linear Growth Curve Model 79 6.3.4 Modelling the Effects of Time and Group Diversity on Group Psychological Safety 80 6.3.4 Fitting the Model’s Structure 80 6.3.5 Effects of Time, Demographic Faultline Strength, and Deep Level Group Diversity on Initial Levels and Changes of Group Psychological Safety 82 6.3.6 Replication of the Positive Relation Between Psychological Safety and Group Performance 83 6.3 Discussion 83 6.4.1 Limitations and Future Research 87 6.4.2 Implications 88 6.4.3 Conclusion 89 7 Study 3 – About the Effects of Relative Changes of Psychological Safety over Time on Team Performance 90 7.1 Introduction 91 7.1.1 Psychological Safety in Teams 92 7.1.2 Initial Levels and Changes of Team Psychological Safety Predict Team Performance 93 7.2 Method 97 7.2.1 Participants 97 7.2.2 Team Task and Recruitment of Participants 98 7.2.3 Design and Procedure 98 7.2.4 Measures 100 7.3 Results 101 7.3.1 Agreement Between Team Members and Data Aggregation 101 7.3.2 Clustering Changes of Psychological Safety Within Teams 101 7.3.3 Correlations Between Psychological Safety Trajectory Clusters and Team Performance 102 7.3.4 Initial Levels and Changes of Psychological Safety Predict Team Performance 105 7.4 Discussion 105 7.4.1 Limitations and Future Research 108 7.4.2 Practical Implications 109 7.4.3 Conclusion 110 8 General Discussion 111 8.1 Summary and Integration of Findings 111 8.2 Theoretical Implications 115 8.3 Strength and Limitations 117 8.4 Future Directions 120 8.5 Practical Implications 123 8.6 Conclusion 126 9 Appendix – R-Script for Cluster-Calculation 128 10 Reference List 130 11 Curriculum Vitae 143 12 Scientific Career 146 13 Eidesstattliche Erklärung 149

In der mechanischen Konstruktion wissen die Maschinenentwickler seit Jahrzehnten, dass Maschinen schneller, ruhiger und verlässlicher laufen, wenn man sich mit der Gestaltung der Bewegungen Mühe gibt und im Hinblick auf die Dynamik optimiert. Seit etlichen Jahren ersetzen mehr und mehr Servoantriebe die mechanischen Kurven, und die Verantwortung für die Bewegungsgestaltung geht auf SPS-Programmierer bzw. E-Techniker über. An Hand von Beispielen wird aufgezeigt, warum es auch bei flexiblen Antriebskonzepten mit Servomotoren wichtig ist, sich mit Bewegungsdesign jenseits des beliebten Polynoms 5. Grades zu beschäftigen, und was man durch Bewegungsdesign für die Maschinen erreichen kann.

Ausgedehnte dissipative Systeme können fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht instabil gegenüber Oszillationen bzw. Wellen oder raumzeitlichem Chaos werden. Die komplexe Ginzburg-Landau Gleichung (CGLE) stellt ein universelles Modell zur Beschreibung dieser raumzeitlichen Strukturen dar. Diese Arbeit ist der theoretischen Analyse komplexer Muster gewidmet. Mittels numerischer Bifurkations- und Stabilitätsanalyse werden Instabilitäten einfacher Muster identifiziert und neuartige Lösungen der CGLE bestimmt. Modulierte Amplitudenwellen (MAW) und Super-Spiralwellen sind Beispiele solcher komplexer Muster. MAWs können in hydrodynamischen Experimenten und Super-Spiralwellen in der Belousov-Zhabotinsky-Reaktion beobachtet werden. Der Grenzübergang von Phasen- zu Defektchaos wird durch den Existenzbereich der MAWs erklärt. Mittels der selben numerischen Methoden wird Bursting vom Fold-Hopf-Typ in einem Modell der Kalziumsignalübertragung in Zellen identifiziert.

In this thesis we investigate the formation of patterns in a simple activator-inhibitor model supplemented with an inhibitory nonlocal coupling term. This model exhibits a wave instability for slow inhibitor diffusion, while, for fast inhibitor diffusion, a Turing instability is found. For moderate values of the inhibitor diffusion these two instabilities occur simultaneously at a codimension-2 wave-Turing instability. We perform a weakly nonlinear analysis of the model in the neighbourhood of this codimension-2 instability. The resulting amplitude equations consist in a set of coupled Ginzburg-Landau equations. These equations predict that the model exhibits bistability between travelling waves and Turing patterns. We present a study of interfaces separating wave and Turing patterns arising from the codimension-2 instability. We study theoretically and numerically the dynamics of such interfaces in the framework of the amplitude equations and compare these results with numerical simulations of the model near and far away from the codimension-2 instability. Near the instability, the dynamics of interfaces separating small amplitude Turing patterns and travelling waves is well described by the amplitude equations, while, far from the codimension-2 instability, we observe a locking of the interface velocities. This locking mechanism is imposed by the absence of defects near the interfaces and is responsible for the formation of drifting pattern domains, i.e. moving localised patches of travelling waves embedded in a Turing pattern background and vice versa.

In the present work, we introduce a never before studied soliton equation called the intermediate mixed Manakov (IMM) equation. Through a pole ansatz, we prove that the equation has N-soliton solutions with pole parameters governed by the hyperbolic Calogero-Moser system. We also show that there are spatially periodic N-soliton solutions with poles obeying elliptic Calogero-Moser dynamics. A Lax pair is given in the form of a Riemann-Hilbert problem on a cylinder. A similar Lax pair is shown to imply a novel spin generalization of the intermediate nonlinear Schrödinger equation. Some conservation laws for the IMM are proven. We demonstrate that the IMM can be written as a Hamiltonian system, with one of these conserved quantities as the Hamiltonian. Finally, a physical interpretation is given by showing that the IMM can be rewritten to describe a system of two nonlocally coupled fluids, with nonlinear self-interactions. / Vi presenterar en aldrig tidigare studerad solitonekvation som vi döper till ‘the intermediate mixed Manakov equation’ (ungefär ‘den mellanliggande kopplade Manakovekvationen’. Kortform: IMM). Genom en polansats bevisar vi att ekvationen har N-solitonlösningar där polparametrarna utgör ett hyperboliskt Calogero-Mosersystem. Vi visar också att det finns rumsligt periodiska N-solitonlösningar vars poler följer elliptisk Calogero-Moserdynamik. Ett Laxpar ges i form av ett Riemann-Hilbertproblem på en cylinder. Vi demonstrerar att ett liknande Laxpar leder till en ny spinngeneralisering av den s.k. INLS-ekvationen. Några bevarandelagar för IMM bevisas. Vi visar att IMM-ekvationen kan skrivas som ett Hamiltonskt system, där Hamiltonianen är en av våra tidigare bevarade storheter. Till sist ger vi en fysikalisk tolkning av vår ekvation genom att demonstrera hur den beskriver ett system av ickelokalt interagerande vätskor, med ickelinjära självinteraktioner.

Die Anpassung des Aktinzytoskeletts an extrazelluläre Gewebsstrukturen ist Voraussetzung für die Interaktion mit der extrazellulären Matrix und für die Zellbewegung, einschließlich der Invasion und Metastasierung von Tumorzellen. Wir untersuchten bei invasiven B16/F1 GFP-Aktin Mausmelanomzellen, ob und wie sich Zellform, Art und Effizienz der Bewegung an physikalisch unterschiedlich beschaffene kollagenöse Umgebungen anpassen: 1) mit Kollagen-Monomeren beschichtete 2D Objektträger, 2) 2D Oberfläche einer fibrillären Kollagenmatrix und 3) Zellen, die in einer 3D Kollagenmatrix eingebettet waren. Zur Darstellung des Aktinzytoskeletts wurden Zellen eingesetzt, die GFP-Aktin Fusionsprotein exprimierten, und mittels Zeitraffer-Videomikroskopie und Konfokalmikroskopie untersucht. Im direkten Vergleich waren Struktur und Dynamik des Aktinzytoskelett wie auch Zellform und Art der Migration unterschiedlich in den verschiedenen Umgebungen. Auf 2D planer Oberfläche erfolgte eine rasche Adhäsion und Abflachung der Zellen (Spreading) mit nachfolgender Migration mit Bildung fokaler Adhäsionszonen, in die kabelartige Aktinstrukturen (Stress fibers) einstrahlten. Dagegen entwickelte sich in 3D Kollagenmatrices eine spindelförmige, fibroblastenähnliche Zellform (mesenchymal) mit zylindrischen fingerförmigen vorderen Pseudopodien, die Zug der Zelle nach vorne bewirken und hochdynamisches polymeres Aktin, nicht jedoch Stress Fibers enthielten. Eine ähnliche Zellform und Struktur des Zytoskeletts entwickelte sich in Zellen auf 2D fibrillärem Kollagen. Die Kontaktfindung und Migrationseffizienz auf oder in fibrillären Matrices war im Vergleich zu 2D kollagenbeschichteter Oberfläche erschwert, die Migrationseffizienz verringert. In Kontrollversuchen wurden Migration und polarisierte Bildung von Aktindynamik durch Inhibitoren des Aktinzytoskeletts (Cytochalasin D, Latrunculin B, Jasplakinolide) stark gehemmt. Diese Befunde zeigen , dass die Struktur und Dynamik des Aktinzytoskeletts sowie die Art der Migration in Tumorzellen stärker als bisher angenommen durch die umgebende Kollagenstruktur bestimmt wird. Während 3D Kollagenmatrices in vivo ähnliche bipolare Zytoskelettstruktur fördern, müssen Abflachung der Zellen mit Bildung von Stress Fibers als spezifische Charakteristika von 2D Modellen angesehen werden. / The dynamics and the adaptation of the actin cytoskeleton in response to extracellular matrix structures is the prerequisite for cell polarisation, shape change, and migration, including the invasion and metastasis of tumor cells. In invasive B16-mouse melanoma cells expressing GFP-actin fusion protein we directly imaged cytoskeletal dynamics, adaptation and movement in response to physically different collagen substrata using time-lapse videomicroscopy and confocal microscopy: 1) cells on 2D surfaces coated with monomeric collagen, 2) 2D surfaces composed of fibrilliar collagen, and 3) cells which were embedded in 3D collagen matrices. In directly comparision the structure and dynamic of the actin cytoskeleton, cell shape and migration efficiency were different between the different collagen substrata. On 2D monomeric collagen quick cell adhesion, spreading, and cell flattening were followed by migration driven by focal contacts in which cable like actin structures (stress fibres) inserted. In 3D collagen matrices however, cells developed a spindle like (mesenchymal) shape with cylindrical finger-like pseudopods which generated the forward-driving force towards collagen fibres. These pseudopods contained dynamic polymerized actin yet lacked stress fibres. A similar mesenchymal cell shape and structure of the actin cytosceleton that lacked stringent focal contacts and stress fibres developed on 2D fibrilliar collagen matrices. The migration efficiency in 3D collagen was significantly lower, compared to 2D substrata, suggesting an impact of matrix barriers on the migration velocity. Both, actin polymerization and migration were severely impaired by inhibitors of the actin cytoskeleton (Cytochalasin D, Latrunculin B, Jasplakinolide), causing cell rounding and oscillatory “running on the spot”. These findings show the dynamics of the actin cytoskeleton in living melanoma cells critically dependent on and respond to the physical structure of the ECM. 3D collagen matrices hence favour in vivo-like cell shape and cytoskeletal organization while flat cell spreading and formation of stress fibres are specific cell characteristics of cells on 2D.

In dieser Arbeit wird die Selbstorganisation in Halbleiterlasern mit ultrakurzer optischer Rueckkopplung untersucht. Es wurden eine Vielzahl neuer nichtlinearer dynamischer Szenarien experimentell praepariert und untersucht, wobei die Steuerung der relevanten Rueckkopplungsparameter ueber Injektionsstroeme erfolgt. Zwei verschiedene Typen von selbsterhaltenden Intensitaetspulsationen wurden abhaengig von der Phase und der Staerke der Rueckkopplung gefunden. Ein Pulsationstyp entsteht in einer Hopf-Bifurkation aus gedaempften Relaxationsoszillationen. Beim zweiten Pulsationstyp handelt es sich um Schwebungs-Oszillationen zweier verschiedener konkurrierender Moden der Gesamtkavitaet. Diese Ergebnisse repraesentieren experimentelle Beweise fuer theoretische Vorhersagen. Die Koexistenz von Schwebungsoszillationen und Relaxationsoszillationen fuehrt zum uebergang von regulaeren Pulsationen in chaotische Emission ueber eine quasiperiodische Route zum Chaos. Ein ploetzlicher Untergang des Chaos deutet auf ein Boundary-Crisis-Szenario hin. Die Existenz chaotischer Saettel, die transienten chaotischen Dynamiken nach einer Boundary Crisis zugrunde liegen und die Erregung von chaotischen Transienten ist eng verwandt mit konventioneller Erregbarkeit, wird experimentell verifiziert. Es wird der Einfluss externen Gaussschen Rauschens nahe von sub- und superkritischen Hopf-Bifurkationen untersucht. Rausch-induzierte Schwingungen tauchen als verrauschte Vorlaeufer in Form von lorentzfoermigen Spitzen im Powerspektrum auf. Der Kohaerenzfaktor, definiert durch das Produkt aus Hoehe der Spitze und Qualitaetsfaktor, zeigt fuer beide Typen von Hopf-Bifurkationen ein nichtmonotones Verhalten. Damit wird Kohaerenzresonanz experimentell demonstriert. Die Messungen zeigen neben diesen uebereinstimmungen auch qualitative Unterschiede zwischen den beiden Faellen. Die experimentellen Ergebnisse werden mittels eines allgemeinen Modells fuer rauschgetriebene Bewegungen in der Naehe von Bifurkationen untersucht. / In this work, self-organization in semiconductor lasers with ultra-short optical feedback is investigated. Exploiting dc currents to tune the relevant feedback parameters, we have experimentally prepared and studied a number of novel nonlinear dynamical scenarios. Two different types of self-sustaining intensity-pulsations are detected depending on strength and phase of the feedback. One type of pulsations is emerging in a Hopf-bifurcation from relaxation oscillations. The second type of pulsations is a beating of distinct compound-cavity modes. It is also born in a Hopf bifurcation. These findings represent experimental evidence for theoretical predictions. Coexistence of mode beating and relaxation oscillations gives rise to the break-up of regular pulsations into chaotic emission via a quasi-periodic route to chaos. The sudden destruction of chaos is indicative of a boundary crisis scenario. The existence of chaotic saddles underlying transient chaotic dynamics which appears behind boundary crisis is experimentally verified. It is experimentally demonstrated that an excitation of chaotic transients is closely related to a conventional excitability. The influence of external Gaussian noise close to the onset of sub- and super-critical Hopf bifurcations is studied. Noise-induced oscillations appear as a noisy precursor with Lorentzian shape peak in the power spectrum. The coherence factor defined by the product of height and quality factor exhibits non-monotonic behavior with a distinct maximum at a certain noise intensity for both types of Hopf bifurcations, demonstrating coherence resonance. Besides these similarities, the measurements reveal also qualitative differences between the two cases. Whereas the width of the noise induced peak increases monotonically with noise intensity for the supercritical bifurcation, it traverses a pronounced minimum in the subcritical case. The experimental findings are examined in terms of general model for the noise driven motion close to bifurcations.