Ride-pooling (or ride-sharing) services combine trips of multiple customers along similar routes into a single vehicle. The collective dynamics of the fleet of ride-pooling vehicles fundamentally underlies the efficiency of these services. In simplified models, the common features of these dynamics give rise to scaling laws of the efficiency that are valid across a wide range of street networks and demand settings. However, it is unclear how constraints of the vehicle fleet impact such scaling laws. Here, we map the collective dynamics of capacity-constrained ride-pooling fleets to services with unlimited passenger capacity and identify an effective fleet size of available vehicles as the relevant scaling parameter characterizing the dynamics. Exploiting this mapping, we generalize the scaling laws of ride-pooling efficiency to capacity-constrained fleets. We approximate the scaling function with a queueing theoretical analysis of the dynamics in a minimal model system, thereby enabling mean-field predictions of required fleet sizes in more complex settings. These results may help to transfer insights from existing ride-pooling services to new settings or service locations.

Digital learning tools, including digital learning tools for piano, are not new; however, they are still often limited by their inability to provide personalized feedback, detailed performance metrics from real piano play, and effective means for teachers to monitor multiple students simultaneously. To overcome these challenges, this study introduces a platform that uses MIDI technology to provide detailed feedback and performance analysis derived from actual piano play to make piano learning more tangible. Additionally, a student-teacher interface was designed that facilitates interaction between both parties and allows teachers to monitor the progress of multiple students through various performance metrics. The results demonstrate that the platform gave accurate feedback based on assessment from teacher, by providing both students and teachers with deeper insights into performance on note accuracy, tempo and dynamics, enabling more efficient and targeted teaching strategies, and high student engagement. / Digitala inlärningsverktyg, inklusive digitala inlärningsverktyg för piano, är inte nya, men de har fortfarande begränsningar som ofta beror på att de inte kan ge personlig feedback, detaljerade prestationsmått från verkligt pianospel och effektiva sätt för lärare att övervaka flera elever samtidigt. För att övervinna dessa utmaningar introducerar denna studie en plattform som använder MIDI-teknik för att ge detaljerad feedback och prestationsanalys som härrör från verkligt pianospel för att göra pianoinlärning mer påtaglig. Dessutom utformades ett elev-lärargränssnitt som underlättar interaktion mellan båda parter och gör det möjligt för lärare att övervaka flera elevers framsteg genom olika prestationsmått. Resultaten visar att plattformen gav korrekt återkoppling baserat på lärarens bedömning, genom att ge både elever och lärare djupare insikter i prestationen, vilket möjliggör effektivare undervisningsstrategier och ökat elevengagemang.

Funktionalisierte organische Perylenbisimidfarbstoffe (PBI) und aus Cadmiumselenid bestehende Halbleiternanokristalle werden hinsichtlich physikalischer sowie chemischer Wechselwirkungsprozesse miteinander und mit ihrer Umgebung mittels zeitaufgelöster optischer Spektroskopie untersucht. Im Mittelpunkt der Studien an diesem organisch/anorganischen Modellsystem nanoskopischer Größe steht die Aggregatbildungskinetik und die Identifikation und Quantifizierung von Transferpozessen. Die Anbindung der gut löslichen PBI-Farbstoffe an die Oberfläche solcher Halbleiternanokristalle mittels spezieller Ankergruppen wird durch Selbstorganisation in Lösung realisiert. Die Kombination von Absorptions- und zeitaufgelöster Fluoreszenzspektroskopie zeigt einen unterschiedlich starken Einfluss von Liganden und Farbstoffen auf die Fluoreszenzlöschung der Nanokristalle und belegt, dass Resonanzenergietransfer zum Farbstoff nur in sehr geringem Maße die physikalische Ursache der Fluoreszenzlöschung ist. Die Anzahl adsorbierter Farbstoffe und die Stärke der Fluoreszenzlöschung eines einzelnen Farbstoffmoleküls werden aus zeitaufgelösten Einzelmolekülexperimenten an immobilisierten Emittern gewonnen, welche den direkten spektroskopischen Zugang zur Verteilung gebundener und freier Farbstoffe/Nanokristalle erlaubt. Darüber hinaus werden ankergruppen- und umgebungsspezifische Einflüsse auf die Konformations- und Orientierungsdynamik von Perylenbisimidmolekülen dargestellt. Abschließend werden photo-physikalische Gemeinsamkeiten chemisch unterschiedlich hervorgerufener Fluoreszenzlöschungsprozesse herausgearbeitet und im Kontext von Einzelkristall-Blinkprozessen diskutiert.

Systeme mit Zeitverzögerung sind dadurch charakterisiert, dass deren zukünftige Entwicklung durch den Zustand zum aktuellen Zeitpunkt nicht eindeutig festgelegt ist. Die Historie des Zustands muss in einem Zeitraum bekannt sein, dessen Länge Totzeit genannt wird und die Gedächtnislänge festlegt. In dieser Arbeit werden fundamentale Effekte untersucht, die sich ergeben, wenn die Totzeit zeitlich variiert wird. Im ersten Teil werden zwei Klassen periodischer Totzeitvariationen eingeführt. Da diese von den dynamischen Eigenschaften einer eindimensionalen iterierten Abbildung abgeleitet werden, die über die Totzeit definiert wird, werden die Klassen entsprechend der zugehörigen Dynamik konservativ oder dissipativ genannt. Systeme mit konservativer Totzeit können in Systeme mit konstanter Totzeit transformiert werden und besitzen gleiche charakteristische Eigenschaften. Dagegen weisen Systeme mit dissipativer Totzeit fundamentale Unterschiede z.B. in der Tangentialraumdynamik auf. Im zweiten Teil werden diese Ergebnisse auf Systeme angewendet, deren Totzeit im Vergleich zur internen Relaxationszeit des Systems groß ist. Es zeigt sich, dass ein durch dissipative Totzeitvariationen induzierter Mechanismus, genannt resonanter Dopplereffekt, unter anderem zu neuen Arten chaotischer Dynamik führt. Diese sind im Vergleich zur bekannten chaotischen Dynamik in Systemen mit konstanter Totzeit sehr niedrig-dimensional. Als Spezialfall wird das so genannte laminare Chaos betrachtet, dessen Zeitreihen durch nahezu konstante Phasen periodischer Dauer gekennzeichnet sind, deren Amplitude chaotisch variiert. Im dritten Teil dieser Arbeit wird auf der Basis experimenteller Daten und durch die Analyse einer nichtlinearen retardierten Langevin-Gleichung gezeigt, dass laminares Chaos robust gegenüber Störungen wie zum Beispiel Rauschen ist und experimentell realisiert werden kann. Es werden Methoden zur Zeitreihenanalyse entwickelt, um laminares Chaos in experimentellen Daten ohne Kenntnis des erzeugenden Systems zu detektieren. Mit diesen Methoden ist selbst dann eine Detektion möglich, wenn das Rauschen so stark ist, dass laminares Chaos mit bloßem Auge nur schwer erkennbar ist.:1. Introduction 2. Dissipative and conservative delays in systems with time-varying delay 3. Laminar Chaos and the resonant Doppler effect 4. Laminar Chaos: a robust phenomenon 5. Summary and concluding remarks A. Appendix / In systems with time-delay, the evolution of a system is not uniquely determined by the state at the current time. The history of the state must be known for a time period of finite duration, where the duration is called delay and determines the memory length of the system. In this work, fundamental effects arising from a temporal variation of the time-delay are investigated. In the first part, two classes of periodically time-varying delays are introduced. They are related to a specific dynamics of a one-dimensional iterated map that is defined by the time-varying delay. Referring to the related map dynamics the classes are called conservative or dissipative. Systems with conservative delay can be transformed into systems with constant delay, and thus have the same characteristic properties as constant delay systems. In contrast, there are fundamental differences, for instance, in the tangent space dynamics, between systems with dissipative delay and systems with constant delay. In the second part, these results are applied to systems with a delay that is considered large compared to the internal relaxation time of the system. It is shown that a mechanism induced by dissipative delays leads to new kinds of regular and chaotic dynamics. The dynamics caused by the so-called resonant Doppler effect is fundamentally different from the behavior known from systems with constant delay. For instance, the chaotic attractors in systems with dissipative delay are very low-dimensional compared to typical ones arising in systems with constant delay. An example of this new kind of low-dimensional dynamics is given by the so-called Laminar Chaos. It is characterized by nearly constant laminar phases of periodic duration, where the amplitude varies chaotically. In the third part of this work, it is shown that Laminar Chaos is a robust phenomenon, which survives perturbations such as noise and can be observed experimentally. Therefore experimental data is provided and a nonlinear delayed Langevin equation is analyzed. Using the robust features that characterize Laminar Chaos, methods for time series analysis are developed, which enable us to detect Laminar Chaos without the knowledge of the specific system that has generated the time series. By these methods Laminar Chaos can be detected even for comparably large noise strengths, where the characteristic properties are nearly invisible to the eye.:1. Introduction 2. Dissipative and conservative delays in systems with time-varying delay 3. Laminar Chaos and the resonant Doppler effect 4. Laminar Chaos: a robust phenomenon 5. Summary and concluding remarks A. Appendix

In der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen vorgestellt, die sich mit drei verschiedenen Aspekten der Dynamik offener Quantensysteme beschäftigen. Zwei Themenkreise haben dabei mehr grundsätzliche Probleme der Theorie dissipativer Molekularsysteme zum Gegenstand. Dementsprechend müssen die Betrachtungen dazu auf einem allgemeineren Niveau verbleiben. In dem dritten Themenkreis jedoch, der sich mit Zwei-Teilchen-Effekten in der dissipativen Dynamik befaßt, können die Untersuchungen bis hin zu Berechnung von Meßgrößen geführt werden. Im ersten Teil der Arbeit gelingt eine Verallgemeinerung der vielbenutzten Standardform der Quanten-Master-Gleichung hin zur Nichtlinearen Quanten-Master-Gleichung. Mit der Anwendung der dazugehörigen zeitabhängigen Projektionsoperator-Technik kann ein Formalismus reaktiviert werden, der in der Literatur bisher eine nur sehr eingeschränkte Verbreitung findet. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich Untersuchungen zur Monte-Carlo-Wellenfunktions-Methode mit dem Ergebnis, eine konsistente Verallgemeinerung auf ein Reservoir mit endlicher Temperatur anzugeben. Den Ausgangspunkt dazu bildet ein mikroskopisches Modell zur System-Reservoir-Kopplung, welches im Rahmen der Bewegungsgleichung für den reduzierten statistischen Operator in die sogenannte Lindblad-Form der Dissipation überführt wird. Nach der Betrachtung von Ein-Teilchen-Transferprozessen beschäftigt sich der dritte Teil der Arbeit mit der korrelierten Bewegung von zwei Quantenteilchen in einer dissipativen Umgebung mit der Hinwendung zum Zwei-Wasserstoff-System (Dihydrid-System) an Übergangsmetall-Verbindungen. Zunächst werden Modellrechnungen zur dissipationfreien Zwei-Teilchen-Dynamik in einem Potentialmodell durchzuführt. Der Einfluß, den die Teilchen-Teilchen-Korrelationen auf das Durchtunneln eines Potentialwalles besitzt, können durch verschiedene numerische Rechnungen aufgezeigt werden. Wie sich diese Effekte in Neutronenstreuexperimenten an dem Zwei-Teilchen-System der Übergangsmetall-Hydrid-Komplexe äußern, wird basierend auf Simulationsrechnungen untersucht. Kernstück dieser Betrachtungen bildet eine neuartige Formel für die Neutronenstreuung, die auf der dissipativen Dynamik des betrachteten Zwei-Teilchen-Systems aufbaut. / In the report at hand studies are presented dealing with three differentaspects of the dynamics of open quantum systems. Two topics are about the fundamental problems of the theory of dissipative molecular systems. Accordingly these investigations must remain on a more general level. In the third subject, however, which is about the two-particle effects in the dissipative dynamics the analyses can be extended to the computation of measurements. In the first part of the report a generalization of the well known standard quantum master equation to the nonlinear quantum master equation is developed. With the help of the projection operator technique belonging to it a formalism, that has not been popular in literature so far, can be reactivated. The second part of the report concentrates on examinations of the Monte-Carlo wave-function method, and results in the consistent generalization for a reservoir of finite temperature. The starting point for this is a microscopic model of the system-reservoir coupling, which is expanded to the so called Lindblad form of the dissipation in the line of the equation of motion for the reduced statistical operator. After the analysis of one-particle transfer processes the third part of the report is about the correlated motion of two quantum particles in a dissipative environment with main emphasis on the two-hydrogen system (dihydrid system) in transition metal complexes. First of all model computations for the dissipationless two-particle dynamics in a potential model are made. By different numerical computations the influence, which the particle-particle correlations exert on the tunneling through a potential barrier, can be shown.Based on simulations it is examined how these effects can be seen in neutron scattering experiments on two-particle systems of transition metal complexes. Main item of these investigations is a new formula for the neutron scattering which is based on the dissipative dynamics of the examined two-particle system.

Die Energierelaxationsdynamik und strukturelle Dynamik der DNA spielen eine entscheidende Rolle für das Verständnis der photochemischen Eigenschaften und biologischen Funktion von DNA. Die schnellsten Prozesse geschehen dabei auf Zeitskalen im Femto- bis Pikosekundenbereich und können durch zeitaufgelöste (ultraschnelle) Messungen an molekularen Schwingungsanregungen in Echtzeit beobachtet werden. In dieser Arbeit werden NH-Streck Schwingungsmoden der Nukleobasen sowie OH-Streckmoden der Hydrathülle mittels linearer infrarot (IR) Spektroskopie sowie ultraschneller Pump-Probe und zweidimensionaler IR Spektroskopie untersucht. Messungen an monomerartigen Nukleobasen, wasserstoffverbrückten Nukleobasenpaaren und kurzen DNA Fragmenten in Doppelhelixstruktur ermöglichen es, die Effekte der verschiedenen Wasserstoffbrücken und Schwingungskopplungen separat voneinander zu untersuchen. Im Zusammenspiel mit exzitonischen und quantenchemischen Rechnungen werden so weitreichende Einsichten in die spektroskopischen Eigenschaften und die Relaxationsdynamik von Schwingungsanregungen in DNA gewonnen. Es wird u.a. gezeigt, dass Wasserstoffbrücken zwischen Nukleobasen eine Lebensdauer größer 1 ps besitzen und eine beschleunigte Energierelaxation durch Fermiresonanzen mit niederfrequenten Schwingungsmoden des Fingerprintbereichs bewirken. Die DNA-Hydrathülle zeigt eine ultraschnelle strukturelle Dynamik unabhängig von der Basenpaarzusammensetzung und fungiert als effiziente Wärmesenke für hochfrequente Schwingungsanregungen. / Energy relaxation and structural dynamics in DNA play a crucial role for the understanding of the photochemical properties and biological function of DNA. The fastest of such processes occur on the femto- to picosecond time scale and can be followed in real time through time-resolved (ultrafast) measurements on molecular vibrations. In this work, NH stretching excitations of nucleobases and OH stretching modes of the hydration shell are analyzed through linear infrared (IR) spectroscopy as well as ultrafast pump-probe and two-dimensional IR spectroscopy. Measurements on monomeric nucleobases, hydrogen-bonded nucleobase pairs, and short DNA fragments in double helix structure allow one to examine the effects of the different hydrogen bonds and vibrational couplings separately from each other. The combination with excitonic and quantum chemical calculations provides profound new insights into the spectroscopic properties and relaxation dynamics of vibrational excitations in DNA. This work shows that hydrogen bonds between nucleobases have a lifetime greater than 1 ps and lead to an accelerated dissipation of energy due to Fermi resonances with vibrational modes in the fingerprint range. The hydration shell of DNA exhibits ultrafast structural dynamics independent of the base pair composition and serves as an efficient heat sink for high-energy vibrational excitations.

Plasmazellen gehören zu den Effektorzellen des adaptiven Immunsystems. Langlebige Plasmazellen tragen durch kontinuierliche Sekretion protektiver Antikörper wesentlich zum humoralen Gedächtnis bei und überleben hauptsächlich in spezialisierten Nischen des Knochenmarks. Bislang ist jedoch kein Marker bekannt, mit dessen Hilfe langlebige Plasmazellen eindeutig identifiziert werden können. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der molekularbiologischen, phänotypischen und funktionellen Charakterisierung von reifen Plasmazellen im gesunden humanen Knochenmark, die sich durch die differentielle Expression von CD19 unterscheiden. Dabei konnte festgestellt werden, dass CD19negative Plasmazellen durch eine vergleichsweise geringere Expression von CD45 und HLADR einen höheren Reifegrad aufweisen als CD19positive Plasmazellen. Zudem lässt die vermehrte Expression von CD28, Mcl1, Bcl2 sowie die schwächere Expression u.a. von CD95 darauf schließen, dass CD19negative Plasmazellen im Knochenmark eine bessere Überlebenskapazität besitzen als CD19positive Plasmazellen. Da beide Plasmazellpopulationen ähnliche Antigen-Spezifitäten aufweisen, Plasmazellen im Knochenmark von Säuglingen ausschließlich CD19 exprimieren und nach sekundärer Vakzinierung im Blut detektierbare Plasmablasten und Plasmazellen ebenfalls CD19 auf ihrer Oberfläche exprimieren, weist die Gesamtheit der Daten darauf hin, dass sich CD19negative Plasmazellen im Kindesalter in situ aus reifen CD19positiven Plasmazellen im Knochenmark entwickeln. Die CD19negative Plasmazellpopulation leistet durch hohe Halbwertszeit und Stabilität einen konstanten Beitrag zur Aufrechterhaltung des humoralen Gedächtnisses. Die CD19positive Plasmazellpopulation stellt hingegen eine flexible Komponente dar, die eine Anpassung der humoralen Immunität und des humoralen Gedächtnisses an aktuelle Herausforderungen auch im Erwachsenenalter ermöglicht. / Plasma cells are effector cells of the adaptive immune system. Humoral memory is sustained by long-lived plasma cells that continuously secrete protective antibodies and mostly reside in specialized niches in the bone marrow. So far, no marker is known that could distinguish long-lived plasma cells from short-lived ones. The present work addresses the biomolecular, phenotypical and functional characterization of mature plasma cells in healthy human bone marrow that differ in their expression of the surface marker CD19. CD19negative plasma cells showed higher maturity than CD19positive plasma cells as they expressed lesser amounts of CD45 and HLADR. Moreover, higher expression of CD28, Mcl1 and Bcl2 and lesser expression of CD95 argues for a better survival capacity of CD19negative plasma cells. Both plasma cell populations showed similar antigen specificities. All plasmablasts and plasma cells detectable in blood after secondary vaccination expressed CD19, as well as all plasma cells isolated from infant bone marrow. These results indicate that CD19negative plasma cells mainly develop during childhood by further differentiation of mature CD19positive plasma cells in situ in the bone marrow. CD19negative plasma cells represent a long-lived and stable component of the adaptive immune system and humoral memory, whereas the CD19positive plasma cell population displays a flexible element allowing for adaption of humoral immunity to new challenges throughout a lifetime.

Die Freizeit- bzw. Angelfischerei ist ein komplexes sozial-ökologisches System, welches sich aus drei wesentlichen Komponenten zusammensetzt: einer biologischen, einer sozialen und einer Managementkomponente. Fischereimanager sind aufgefordert, anglerischen Interessen und den Anforderungen einer biologisch nachhaltigen Gewässerbewirtschaftung gleichsam gerecht zu werden. Unzureichend verstandene Wechselwirkungen zwischen den Fischereikomponenten limitieren die Möglichkeit, die Angelfischerei nachhaltig zu entwickeln. Diese werden beeinflusst von lebensgeschichtlichen Parametern der jeweiligen Fischart, von Dynamik und Diversität der Angler sowie von Maßnahmen und Managementzielen. Die Dissertation untersuchte die Bedeutung einer gleichzeitigen Berücksichtigung der drei Fischereikomponenten und ihren Wechselwirkungen zur Realisierung einer biologisch und sozial nachhaltigen Angelfischerei. Ein neuartiges bioökonomisches Simulationsmodell identifizierte Bewirtschaftungsmaßnahmen, die den von der Fischerei erzeugten sozialen Nutzen maximieren. Die Ergebnisse widerlegen die Annahme der Selbstregulationsfähigkeit der Angelfischerei. Die Höhe und Art der Befischungsintensität sowie der soziale Nutzen wurden stark durch eine Vielzahl von fangabhängigen und fangunabhängigen Attributen beeinflusst, wobei auch Anglertyp und Anfälligkeit der Fischpopulation zur Überfischung eine Rolle spielten. Einige Regularien zur Erreichung der Bewirtschaftungsziele waren effektiver als andere, aber ihre Wirksamkeit könnte durch die Haksterblichkeit und die Nichteinhaltung von Vorschriften unterlaufen werden. Obwohl sich die Bewirtschaftungsmaßnahmen je nach Zielart, Anglerschaft und Bewirtschaftungszielen richten, beinhalten die als optimal identifizierten Maßnahmen in fast allen Fällen eine biologische nachhaltige Bewirtschaftung. Die Ergebnisse zeigen, dass ein interdisziplinärer Ansatz zu einer sozial und biologisch nachhaltigen Bewirtschaftung der Freizeitfischerei beitragen kann. / Recreational fisheries are complex social-ecological systems, and managers often need to balance the interests of the anglers utilizing the fishery – the social sustainability – and the biological sustainability of the fish population. However, a poor understanding of the interactions among the main components of a fishery – the biological, social, and management components – has limited our ability to manage recreational fisheries sustainably. Fish life-history type (LHT), the dynamics and diversity of the angler population, angling regulations and management objectives all influence management outcomes. Using both empirical and theoretical studies, I evaluated the importance of jointly considering these primary drivers and the feedbacks between fishery components when managing recreational fisheries. I developed a novel bioeconomic modelling framework to determine which regulations (effort regulations and minimum-size limits) maximized the social welfare derived from the fishery, the optimal social yield (OSY). My research refutes the hypothesis that anglers are self-regulating (i.e., stop fishing when catch rates decline). The amount and type of fishing pressure the fishery received and the social welfare derived were strongly influenced by multiple fishery attributes and differed with the type of angler fishing and the fish population’s vulnerability to overexploitation (LHT). I found regulations influenced fishing mortality rates, but also directly influenced angler behaviour. Some regulations were more effective than others at achieving management objectives, but their effectiveness could be undermined by hooking mortality and regulatory noncompliance. Despite differences in optimal regulations, an OSY management approach generally did not result in overfishing. My research demonstrates that a multidisciplinary approach based on clear objectives can help us progress towards both socially and biologically sustainable management of recreational fisheries.

Wir untersuchen globale dynamische Phänomene, die sich von dem Zusammenspiel zwischen Netzwerktopologie und Dynamik der einzelnen Elementen ergeben. Im ersten Teil untersuchen wir relativ kleine strukturierte Netzwerke mit überschaubarer Komplexität. Als geeigneter theoretischer Rahmen für erregbare Systeme verwenden wir das Kuramoto und Shinomoto Modell der sinusförmig-gekoppelten "aktiven Rotatoren" und studieren das Kollektivverhalten des Systems in Bezug auf Synchronisation. Wir besprechen die Einschränkungen, die durch die Netzwerktopologie auf dem Fluss im Phasenraum des Systems gestellt werden. Insbesondere interessieren wir uns für die Stabilitätseigenschaften von Fluss-invarianten Polydiagonalen und die Entwicklungen von Attraktoren in den Parameterräume solcher Systeme. Wir untersuchen zweidimensionale hexagonale Gitter mit periodischen Randbedingungen. Wir untersuchen allgemeine Bedingungen auf der Adjazenzmatrix von Netzwerken, die die Watanabe-Strogatz Reduktion ermöglichen, und diskutieren verschiedene Beispiele. Schließlich präsentieren wir eine generische Analyse der Bifurkationen, die auf der Untermannigfaltigkeit des Watanabe-Strogatz reduzierten Systems stattfinden. Im zweiten Teil der Arbeit untersuchen wir das globale dynamische Phänomen selbstanhaltender Aktivität (self-sustained activity / SSA) in neuronalen Netzwerken. Wir betrachten Netzwerke mit hierarchischer und modularer Topologie , umfassend Neuronen von verschiedenen kortikalen elektrophysiologischen Zellklassen. Wir zeigen, dass SSA Zustände mit ähnlich zu den experimentell beobachteten Eigenschaften existieren. Durch Analyse der Dynamik einzelner Neuronen sowie des Phasenraums des gesamten Systems erläutern wir die Rolle der Inhibierung. Darüber hinaus zeigen wir, dass beide Netzwerkarchitektur, in Bezug auf Modularität, sowie Mischung aus verschiedenen Neuronen, in Bezug auf die unterschiedlichen Zellklassen, einen Einfluss auf die Lebensdauer der SSA haben. / In this work we study global dynamical phenomena which emerge as a result of the interplay between network topology and single-node dynamics in systems of excitable elements. We first focus on relatively small structured networks with comprehensible complexity in terms of graph-symmetries. We discuss the constraints posed by the network topology on the dynamical flow in the phase space of the system and on the admissible synchronized states. In particular, we are interested in the stability properties of flow invariant polydiagonals and in the evolutions of attractors in the parameter spaces of such systems. As a suitable theoretical framework describing excitable elements we use the Kuramoto and Shinomoto model of sinusoidally coupled “active rotators”. We investigate plane hexagonal lattices of different size with periodic boundary conditions. We study general conditions posed on the adjacency matrix of the networks, enabling the Watanabe-Strogatz reduction, and discuss different examples. Finally, we present a generic analysis of bifurcations taking place on the submanifold associated with the Watanabe-Strogatz reduced system. In the second part of the work we investigate a global dynamical phenomenon in neuronal networks known as self-sustained activity (SSA). We consider networks of hierarchical and modular topology, comprising neurons of different cortical electrophysiological cell classes. In the investigated neural networks we show that SSA states with spiking characteristics, similar to the ones observed experimentally, can exist. By analyzing the dynamics of single neurons, as well as the phase space of the whole system, we explain the importance of inhibition for sustaining the global oscillatory activity of the network. Furthermore, we show that both network architecture, in terms of modularity level, as well as mixture of excitatory-inhibitory neurons, in terms of different cell classes, have influence on the lifetime of SSA.

Einheimischer des Bwa-Landes, beabsichtige ich in dieser Doktorsarbeit, eine lokale Studie der Problematik der Sozialdynamik in dieser Zone durchzuführen. Diese im Sahel gelegte gilt als Gebiet der Bwa im Südosten Mali. Mit der Mehrheit von Bwa leben Dafings, Fulbe, Dogon, Minianka Minderheitsethnien im Gebiet. Diese Gruppe, außer den Fulbe (Viehzüchter), betreiben Ackerbau und andere Nebentätigkeiten. Die Bwa gelten als konservativ, sind wenig beforscht, in der Minderheit und in Mali administrativ vernachlässigt.Daher unsere Arbeitsziele bestehen im Folgenden: eine Visionsanschaffung der unvermeidbaren Vermischung der lokalen Praktiken und Modernisierungsfaktoren im Gebiet; Erklärung der Co-Existenz der Nicht-Änderungswillen (Traditionsanhalten) und der Änderungstendenz in den Dorfgemeinden; Bestimmen der Rolle der Innovationen und Verhaltensentwicklung der Bauern gegenüber diesen Faktoren; Bemessen der Integrationsprozess des Bwa-Landes in der Entwicklung Malis. Dafür wurde eine Forschung im Bwa-land durchgeführt, die eine Kombination der Methoden und Instrumente der empirischen Sozialforschung erfordert hat: Befragungsverfahren, Beobachtung, Literaturrecherche, Interpretation der Daten mittels des Programms WinMax-QDA. Unsere Ergebnisse zeigen, dass auch das Bwa-Land dem Gesetz der natürlichen (endogenen) Dynamik und der Innovationeneffekt nicht entgeht. Es hat eine Autonomie, eigene Strategien und Zielsetzungen, die sich inter-aktiv mit seinem sozialen und natürlichen Umfeld offen entwickeln. Ausdrücklich wurden die Entwicklungsphasen der internen Sozialdynamik der Bauern und ihr unterschiedliches Verhalten gegenüber der Invasion beobachtet. Die Bauern leben, wie überall, seit langer in einem dialektischen Verhältnis mit ihrem Umfeld, ohne den widersprüchlichen/vorteilhaften Verhältnissen, die sie mit dem natürlichen, sozialen, lokalen und nationalen Umfeld haben, zu entgehen. In Bezug auf diese Arbeitsergebnisse, ist die interne Veränderung innerhalb der Gesamtheit der nationalen Veränderung universal, überall präsent nur stellt sie eine lokale, kulturelle und wirtschaftliche Diversität dar. Das Verständnis dieser Phänomene stellt die Grundlage für Einsatzerfolg auf dem Land dar und daher sollte jeder Einsatz dort vorgehen. / Native of the Bwa-Land in Mali, I undertook a study to understand the social dynamics among people living in this geographical zone. The Bwa-Land is located in the Sahelian region of Mali. There live together Bwa, the major ethnic group, and some other minor ethnic groups such as Dafing, Peulh, Dogon and Manianka. Except the Peulhs (stockbreeders), all other ethnic groups practice crop farming and off-farm activities. Bwa people are considered conservative, are administratively marginalised in Mali and not much studied. The objectives of the doctoral studies were to: present the links between indigenous socio-agricultural practices and factors of rural modernisation in the Bwa-Land; explain the coexistence of lack of change and of trends towards evolution; define the role of the factors of modernisation and evolution in the attitudes of the peasants Bwa and Dafing vis-à-vis these factors; measure the evolution of integration of the Bwa-land to the dynamics of democratic progress occurring at national level in Mali. Therefore, we combined methods and instruments used in empirical social sciences research that include: questionnaires, participant observation, analyse of published documents. The data were collected during a seven-months field survey realised in two phases. Data evaluation and analysis were performed using the computer-based programme WinMax-QDA.The results showed that the Bwa locality, like any other, do not escape the law of the natural (endogenous) and induced (innovations) dynamics. It has inherited certain autonomy and is equipped with strategies and objectives and evolutes in very open interaction with its agricultural, social and political environment. Our results also reveal the trends in the indigenous social dynamics and the behaviour of the communities vis-à-vis exogenous factors of change. Peasants have always lived in dialectical relationship with their social and natural environment. We conclude that, local change as part of change occurring at national level is worldwide omnipresent with some local, cultural and economic specificities. The comprehension of this logic is the key of the success of any collaboration with the rural populations and should precede any intervention in rural areas.