In meiner Doktorarbeit untersuche ich ein Kac-artiges Vielteilchen-Modell, das eine Beschreibung von plastischen Verformungen ohne Verwendung einer Referenz-Konfiguration ermöglicht. Im Rahmen des Modells wird die Verformung eines Körpers durch Angabe von Atompositionen beschrieben. Es wird eine Mesoskala zwischen der Mikroskala der Atom-Atom Abstände und der Makroskala des Körpers eingeführt. Um jeden Punkt wird die Konfiguration auf dieser Mesoscala mit einem Bravais-Gitters approximiert. Die Matrix, die dieses Gitter aufspannt, wird als Argument eines elastischen Energiefunktionals verwendet. Auf diese Weise wird ein Energiefunktional definiert, das die Eigenschaften des Systems festlegt. Im Ersten Teil meiner Doktorarbeit analysiere ich das Modell im Fall das eine Referenz-Konfiguration lokal existiert. Ich schätze die Energiedichte einer solchen Konfiguration mit einer Störungsrechung von oben ab und erhalte eine obere Schranke für die Energiebarriere für plastische Relaxation in zwei Dimensionen. Im zweiten Teil untersuche ich Möglichkeiten Lagrange-Koordinaten im Rahmen des Modells zu konstruieren. Ich beweise, dass für zwei Punkte deren Abstand klein genug sind und die bestimmte Regularitätseigenschaften erfüllen, die Gitterparameter der approximierenden Bravais-Gitter bis auf eine Reparametrisierung nahe beieinander liegen müssen. Dies erlaubt diskrete Ketten von regulären Punkten zur Definition von Homotopieklassen zu benutzen die mit verallgemeinerten Burgers-Vektoren charakterisiert werden. Es ist mit dieser Technik auch möglich die Kernenergie von Versetzungen nach unten abzuschätzen. Schließlich passe ich eine Methode kontinuierliche Lagrange-Koordinaten, die von L. Mugnai und S. Luckhaus entwickelt wurden, an das Model an und verbessere sie dergestalt, dass ich die Energiedichte mit Hilfe eines Funktionales der Lagrange-Koordinaten nach unten abschätzen kann. / I study a Kac-type many particle model that allows a reference-free description of plastic deformation.In the framework of the model the state of the body is given by a set of atom position. The typical atom-atom distance is the microscopic scale. The size of the body is the macroscopic scale. Around each point a lattice is fitted to the configuration on a mesoscopic scale. The lattice parameters are used as an argument of a non-linear elasticity energy functional. Hence, this procedure allows to define an free-energy functional of a particle configuration. In the first part of my thesis I analyze the model in the case that a reference configuration exists locally. I bound the energy-density of such a configuration from above with a pertubative calculation and obtain an upper bound for the energy barrier of plastic deformation for dimension two. In the second part I explore the possibility to construct Lagrangian coordinates in the framework of the model. I prove that for two points that are close to each other and that fulfill certain regularity assumptions the fitted lattice parameters are close to each other up to a reparametrisation. This allows to use discrete chains of regular points for homotopy type arguments and define a generalized Burgers vector as a topological quantity. I also use this method to get a lower bound for the core energy of a dislocation. Finally, I adapt a method to construct continuous Lagrangian coordinates presented in by L.Mugnai and S.Luckhaus to my model and improve it to a point where I can use a functional of these Lagrangian coordinate as a lower bound for the energy of the model.

The interplay between spectrum and structure of graphs is the recurring theme of the three more or less independent chapters of this thesis. The first chapter provides a method to relate the eigensolutions of two matrices, one being the principal submatrix of the other, via an arbitrary annihilating polynomial. This is extended to lambda-matrices and to matrices the entries of which are rational functions in one variable. The extension may be interpreted as a possible generalization of other known techniques which aim at reducing the size of a matrix while preserving the spectral information. Several aspects of an application in order to reduce the computational costs of ordinary eigenvalue problems are discussed. The second chapter considers the straightforward extension of the well known concept of equitable partitions to weighted graphs, i.e. complex matrices. It provides a method to divide the eigenproblem into smaller parts corresponding to the front divisor and its complementary factor in an easy and stable way with complexity which is only quadratic in matrix size. The exploitation of several equitable partitions ordered by refinement is discussed and a suggestion is made that preserves hermiticity if present. Some generalizations of equitable partitions are considered and a basic procedure for finding an equitable partition of complex matrices is given. The third chapter deals with isospectral and unitary equivalent graphs. It introduces a construction for unitary equivalent graphs which contains the well known GM-switching as a special case. It also considers an algebra of graph matrices generated by the adjacency matrix that corresponds to the 1-dimensional Weisfeiler-Lehman stabilizer in a way that mimics the correspondence of the coherent closure and the 2-dimensional Weisfeiler-Lehman stabilizer. The algebra contains the degree matrix, the (combinatorial, signless and normalized) Laplacian and the Seidel matrix. An easy construction produces graph pairs that are simultaneously unitary equivalent w.r.t. that algebra.

Despite decades of effort by molecular systematists, the trees of life of eukaryotic organisms still remain partly unresolved or in conflict with each other. An ever increasing number of fully-sequenced genomes of various eukaryotes allows to consider gene and species phylogenies at genome-scale. However, such phylogenomics-based approaches also revealed that more taxa and more and more gene sequences are not the ultimate solution to fully resolve these conflicts, and that there is a need for sequence-independent phylogenetic meta-characters that are derived from genome sequences. Spliceosomal introns are characteristic features of eukaryotic nuclear genomes. The relatively rare changes of spliceosomal intron positions have already been used as genome-level markers, both for the estimation of intron evolution and phylogenies, however with variable success. In this thesis, a specific subset of these changes is introduced and established as a novel phylogenetic marker, termed near intron pair (NIP). These characters are inferred from homologous genes that contain mutually-exclusive intron presences at pairs of coding sequence (CDS) positions in close proximity. The idea that NIPs are powerful characters is based on the assumption that both very small exons and multiple intron gains at the same position are rare. To obtain sufficient numbers of NIP character data from genomic and alignment data sets in a consistent and flexible way, the implementation of a computational pipeline was a main goal of this work. Starting from orthologous (or more general: homologous) gene datasets comprising genomic sequences and corresponding CDS transcript annotations, the multiple alignment generation is an integral part of this pipeline. The alignment can be calculated at the amino acid level utilizing external tools (e.g. transAlign) and results in a codon alignment via back-translation. Guided by the multiple alignment, the positionally homologous intron positions should become apparent when mapped individually for each transcript. The pipeline proceeds at this stage to output portions of the intron-annotated alignment that contain at least one candidate of a NIP character. In a subsequent pipeline script, these collected so-called NIP region files are finally converted to binary state characters representing valid NIPs in dependence of quality filter constraints concerning, e.g., the amino acid alignment conservation around intron loci and splice sites, to name a few. The computational pipeline tools provide the researcher to elaborate on NIP character matrices that can be used for tree inference, e.g., using the maximum parsimony approach. In a first NIP-based application, the phylogenetic position of major orders of holometabolic insects (more specifically: the Coleoptera-Hymenoptera-Mecopterida trifurcation) was evaluated in a cladistic sense. As already suggested during a study on the eIF2gamma gene based on two NIP cases (Krauss et al. 2005), the genome-scale evaluation supported Hymenoptera as sister group to an assemblage of Coleoptera and Mecopterida, in agreement with other studies, but contradicting the previously established view. As part of the genome paper describing a new species of twisted-wing parasites (Strepsiptera), the NIP method was employed to help to resolve the phylogenetic position of them within (holometabolic) insects. Together with analyses of sequence patterns and a further meta-character, it revealed twisted-wing parasites as being the closest relatives of the mega-diverse beetles. NIP-based reconstructions of the metazoan tree covering a broad selection of representative animal species also identified some weaknesses of the NIP approach that may suffer e.g. from alignment/ortholog prediction artifacts (depending on the depth of range of taxa) and systematic biases (long branch attraction artifacts, due to unequal evolutionary rates of intron gain/loss and the use of the maximum parsimony method). In a further study, the identification of NIPs within the recently diverged genus Drosophila could be utilized to characterize recent intron gain events that apparently involved several cases of intron sliding and tandem exon duplication, albeit the mechanisms of gain for the majority of cases could not be elucidated. Finally, the NIP marker could be established as a novel phylogenetic marker, in particular dedicated to complementarily explore the wealth of genome data for phylogenetic purposes and to address open questions of intron evolution.

Es gibt wohl kaum Wissenschaftsgebiete, in denen die wechselseitige Beeinflussung stärker ist als zwischen Mathematik und Physik. Eine wichtige Frage ist dabei die nach der konkreten Ausgestaltung dieser Wechselbeziehungen, etwa an einer Universität, oder die nach prägenden Merkmalen in der Entwicklung dieser Beziehungen in einem historischen Zeitabschnitt. Im Rahmen eines mehrjährigen Akademieprojekts wurden diese Beziehungen an den Universitäten in Leipzig, Halle und Jena für den Zeitraum vom Beginn des 19. bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts untersucht und in fünf Bänden dargestellt. Der erste dieser Bände erschien in den Abhandlungen der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig, die nachfolgenden (u.a. der vorliegende) als eigenständige Reihe unter dem Titel “Studien zur Entwicklung von Mathematik und Physik in ihren Wechselwirkungen“. Ein weiterer und abschließender Band dieser Reihe beinhaltet die Beiträge einer wissenschaftshistorischen Fachtagung im Jahr 2010, die das Thema in einem internationalen Kontext einbettet. Der vorliegende Band behandelt den Zeitraum von 1816 bis 1900 an der Universität Jena. Die Entwicklung der Alma Mater Jenensis ist durch deren Stellung als Landesuniversität von kleinen, politisch unbedeutenden Herzogtümern Thüringens mit vergleichsweise geringer Finanzkraft gekennzeichnet. Dies führte u.a. zu der bis ins letzte Viertel des 19. Jahrhunderts bestehenden Repräsentanz von Mathematik und Physik durch einen gemeinsamen Lehrstuhl. Eine weitere Besonderheit an der Salana war die mehrere Jahrzehnte andauernde Verknüpfung beider Disziplinen mit der Philosophie durch Jacob Friedrich Fries und Carl Snell. Ebenso bemerkenswert ist der durch das Wirken von Ernst Abbe eingeleitete grundlegende Wandel in der Vertretung von Mathematik und Physik in Jena. Aus Abbes Zusammenarbeit mit dem Mechaniker und Firmengründer Carl Zeiss erwuchs innerhalb weniger Jahrzehnte ein Musterbeispiel für die enge, für beide Seiten vorteilhafte Verbindung zwischen Universität und Wirtschaftsunternehmen. Insbesondere erfuhren Mathematik und Physik eine stake finanzielle Förderung durch die Carl-Zeiss-Stiftung, was zugleich einen Einblick in die wachsende Bedeutung des Stiftungswesens gibt.:Karte: Die sächsisch-ernestinischen Herzogtümer nach Gebietsveränderungen 1815-1826 Vorwort 1 Einleitung 2 Thüringen und seine Universitäten am Anfang des 19. Jahrhunderts 2.1 Thüringen und die Industrielle Revolution 2.2 Die Blüte der Universität Jena um 1800 und ihr Weg ins 19. Jahrhundert 3 Die Veränderungen im Lehrkörper für Mathematik, Physik und Astronomie an der Salana 3.1 Die Verknüpfungen von Mathematik und Physik in einem Lehrstuhl 3.2 Ein Philosoph als Ordinarius für Mathematik und Physik – die Ära Fries 3.3 Von Suckow bis Apelt: Privatdozenten – wichtige Stützen des Lehrbetriebs, doch wenig gefördert 3.4 Der Nachfolger von Fries: Snell 3.5 Ein Hauch von moderner mathematischer Forschung: Schlömilch – ein Intermezzo 3.6 Abbe und die folgenreiche Verbindung von Physik und Instrumentenbau 3.7 Die Astronomie an der Salana 3.7.1 Die Errichtung der Sternwarte und ihre ersten Leiter bis 1823 3.7.2 Die Leitung der Sternwarte durch Schrön 3.7.3 Abbes Engagement und der Neubeginn mit Knopf 3.8 Die Trennung des Lehrstuhls für Mathematik und Physik 3.9 Die ersten Jahrzehnte des Mathematischen Seminars 3.10 Die Besetzung des physikalischen Lehrstuhls 3.11 Der Ausbau des Physikalischen Instituts bis zur Jahrhundertwende 3.12 Die Errichtung einer Professur für theoretische Physik 3.13 Die Carl-Zeiss-Stiftung 4 Das Vorlesungsangebot in Mathematik, Physik und Astronomie in Jena 4.1 Ein Überblick 4.1.1 Mathematik 4.1.2 Astronomie 4.1.3 Physik 4.2 Mechanik, mathematische und theoretische Physik 4.2.1 Erste Phase (1816 – 1863): mäßiges Angebot 4.2.2 Zweite Phase (1864 – 1893): Anstieg 4.2.3 Dritte Phase (1894 – 1900): Weitere Steigerung 4.3 Ein Vergleich des Jenenser Lehrangebots mit dem anderer Universitäten 4.4 Der Übungsbetrieb in Gesellschaften als Ergänzung zur Lehre und Vorläufer zur Seminargründung 5 Mathematische und physikalische Forschungen an der Universität Jena 5.1.1 Physik als Teil der „angewandten Mathematik“: Die Ära Voigt 5.1.2 Mathematik und Physik im Rahmen der mathematischen Naturphilosophie: Fries und seine Schüler 5.1.3 Meteorologie und Optik – Aktivitäten der Jenenser Astronomen 5.1.4 Das Verharren in alten Traditionen 5.2 Ernst Abbe und die Formung der physikalischen Forschung 5.2.1 Der Weg zur Optik als zentrales Forschungsfeld 5.2.2 Sohncke und Winkelmann – die ersten Ordinarien für Experimentalphysik in Jena 5.2.3 Die Etablierung der theoretischen Physik mit dem Fokus auf Optik und Materialforschung 5.3 Logik, elliptische Funktionen und projektive Geometrie – Schwerpunkte am Mathematischen Seminar 5.3.1 Freges Ringen um die Begründung der Arithmetik 5.3.2 Thomaes Lehrbücher und die Profilierung der mathematischen Forschung 6 Jenenser Mathematiker und Physiker und die örtlichen gelehrten Gesellschaften 6.1 Die Naturforschende Gesellschaft zu Jena 6.2 Die Medicinisch-Naturwissenschaftliche Gesellschaft zu Jena 7 Mathematik und Physik in Jena und die Besonderheit ihrer Wechselbeziehungen 7.1 Mathematik und Physik im 19. Jahrhundert 7.1.1 Der beginnende Aufschwung 7.1.2 Der weitere Ausbau der Disziplinen nach der Jahrhundertmitte 7.1.3 Neue Aspekte in den Wechselbeziehungen zwischen Mathematik und Physik nach 1850 7.2 Die Wechselbeziehungen an der Salana im Kontext 7.2.1 Die Beziehungen der in einem Lehrstuhl vereinigten Mathematik und Physik 7.2.2 Die Wechselbeziehungen im Zeichen der Optik Anhang: Verzeichnis der Vorlesungen zur mathematischen und theoretischen Physik (Sommersemester 1816 bis Wintersemester 1900/01) Literatur und Quellen Abbildungsverzeichnis Verzeichnis der Diagramme Personenverzeichnis Grafik: Vorlesungstätigkeit der in Jena im Bereich der Mathematik, Physik und Astronomie lehrenden Dozenten (1816 – 1900)

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The human senses constitute a highly complex system based on various sensory organs, afferent pathways, and central processing locations, which allow us to interact with the environment, but also with ourselves. A further domain is important to achieve this interaction: the motor system, which allows linguistic communication and locomotion, for example. It becomes evident that sensory receptors work as a source of information to initiate, optimize, or cease motor activity. One generic term for such sensory sources is the somatosensory system, which is mainly based on receptors located in muscles, tendons, and the skin (cutaneous sensitivity). In this regard, it has been shown that cutaneous sensitivity contributes to human balance regulation. However, there are still debates concerning the exact role of plantar (foot sole) receptor inputs in particular, and how their isolated contribution to, e.g., balance regulation may be assessed accordingly. To investigate the interaction between plantar cutaneous sensitivity and human balance capabilities, several aspects need to be considered which are still controversial and inconclusive in the scientific community. For example, when assessing cutaneous vibration sensitivity, it is well-known that increasing vertical forces of the contactor toward the skin usually result in improved sensitivity. However, it has not been profoundly investigated whether assessing plantar vibratory sensitivity differs when comparing a standing or sitting posture, which obviously involves different contactor forces. In addition, many studies implementing cutaneous sensitivity show certain limitations with respect to adequate data analyses. A similar aspect also applies when assessing balance performance: devices allowing an investigation of dynamic balance performance (induced by unexpected platform perturbations while standing, for example) have only been partially investigated with regard to their biomechanical quality criteria, such as reliability. With these considerations in mind, the present doctoral thesis is based on five published studies. Study 1 investigates if plantar sensitivity is influenced by different body positions when collecting data. Study 2 asks how to appropriatly analze plantar sensitivity data. Study 3 examines the reliability of dynamic balance responses using the so-called Posturomed device, and Study 4 identifies the isolated role of plantar inputs on balance responses, when an acute sensory manipulation is induced that exclusively affects plantar aspects. Ultimately, clinical fields of application (based on the previous four studies) are highlighted in Study 5. The main findings of the first four studies can be summarized as follows. First, higher contact forces when standing compared to sitting did not influence plantar sensitivity. This is an important finding, as plantar sensitivity tests (often performed during sitting) may, hence, be brought into context with balance tests usually performed during standing. Second, plantar sensitivity data are shown to exhibit heteroscedasticity, meaning that the measurement error increases as the values increase. In Study 2, we provided an easy-to-follow example for how to account for heteroscedasticity by logarithmizing the raw data, and how to control whether this approach was successful in eliminating heteroscedasticity. Third, dynamic balance responses assessed via the Posturomed device exhibit an overall good reliability. Occasional significant differences were shown to be clinically non-relevant, identified by root mean square error calculations. Fourth, a permanent plantar sensory manipulation (hypothermia) was successfully achieved and maintained throughout data collection. Study 4 showed that the reduced plantar sensory input due to the hypothermic manipulation was compensated during more unchallenging balance conditions (standing still). There was no full compensation during more challenging balance conditions (unexpected platform perturbations during standing), however, with the body reacting with cautious motor behavior. This became evident by decreased outcome measures following hypothermic plantar sensory manipulation. These four studies shed further light onto investigations combining sensory and motor tests, especially with regard to physiological and methodological aspects that should be considered when analyzing and interpreting associated data. Finally, this doctoral thesis also provides an example of identifying clinical fields of application concerning sensory-focused research. In Study 5, we highlight the role of sensory research in the (early) diagnosis of diseases associated with cognitive decline. For this purpose, various instruments such as sensory tests or coordinative motor tests are implemented. Preliminary results suggest that not only classical cognitive parameters and questionnaires should be used to identify and better understand cognitive decline. / Die menschlichen Sinne stellen ein sehr komplexes System dar, welches auf verschiedenen sensorischen Organen, afferenten Leitungsbahnen und zentralen Verarbeitungsstellen basiert und es uns ermöglicht, mit der Umwelt, aber auch mit uns selbst, zu interagieren. Dahingehend ist eine weitere wichtige Domäne wichtig, um diese Interaktion zu bewerkstelligen: das motorische System, welches etwa eine sprachliche Kommunikation oder auch die Fortbewegung ermöglicht. Es wird somit offensichtlich, dass sensorische Rezeptoren eine Informationsquelle darstellen, um motorische Aktivität zu initiieren, zu optimieren oder zu beenden. Ein grundlegender Terminus für solch sensorische Quellen ist das somatosensorische System, welches überwiegend auf Rezeptoren in Muskulatur, Sehnen und der Haut (kutane Sensibilität) beruht. Diesbezüglich wurde bereits aufgezeigt, dass die kutane Sensibilität einen Beitrag bei der menschlichen Gleichgewichtsregulation leistet. Allerdings existieren dabei nachwievor Diskussionen in Bezug auf die genaue Bedeutung plantarer (die Fußsohle betreffend) Rezeptor-Inputs und inwieweit deren isolierte Bedeutung bei der Gleichgewichtsregulation entsprechend ermittelt werden kann. Um die Interaktion zwischen der kutanen Sensorik der Fußsohle und der menschlichen Gleichgewichtsfähigkeit zu erforschen, sollten verschiedene Aspekte berücksichtigt werden, welche nachwievor kontrovers und nicht eindeutig in der Wissenschaft diskutiert werden. Bei Erhebungen der kutanen Vibrationssensibilität, als Beispiel, ist bereits bekannt, dass erhöhte Vertikalkräfte, mit denen der Vibrationsstößel gegen die Haut appliziert ist, generell zu einer verbesserten Sensibilität/Sensorik führen. Allerdings wurde noch nicht klar erforscht, ob sich die plantare Vibrationssensibilität zwischen einer stehenden und sitzenden Haltung der Probanden/innen unterscheidet, wobei hier natürlich unterschiedliche Vertikalkräfte der Stößel wahrscheinlich sind. Darüber hinaus zeigen viele Studien, welche die Hautsensibilität untersuchen, gewisse Limitierungen in Bezug auf eine adäquate Datenanalyse. Ein sehr ähnlicher Aspekt trifft auch auf die Evaluierung der Gleichgewichtsfähigkeit zu: Messgeräte, welche dabei eine Erfassung der dynamischen Gleichgewichtsfähigkeit zulassen (z.B. eingeleitet durch unerwartete Plattform-Perturbationen während des Stehens), wurden bisher nur teilweise auf die biomechanischen Gütekriterien hin untersucht, wie etwa die Reliabilität. Aufgrund dieser Überlegungen basiert die vorliegende Dissertation auf fünf publizierten Studien, welche folgende Aspekte untersuchten: Wird die plantare Sensibilität durch verschiedene Körperpositionen während der Datenaufnahme beeinflusst (Studie 1)? Wie können plantare Sensibilitätsdaten angemessen analysiert werden (Studie 2)? Darüber hinaus wurde ebenso untersucht, inwiefern das sogenannte 'Posturomed'-Messgerät bei der Beurteilung dynamischer Gleichgewichtsantworten reliable Messwerte liefert (Studie 3). Ferner wurde in Studie 4 untersucht, inwiefern isoliert plantare Inputsignale bei Gleichgewichtsantworten relevant sind (anhand einer akuten sensorischen Manipulation, welche ausschließlich die Fußsohle betrifft). In Studie 5 werden konkrete klinische Anwendungsbeispiele aufgrund der vier hier vorgestellten Studien aufgezeigt. Die Hauptergebnisse der ersten vier Studien können wie folgt zusammengefasst werden: Erstens, höhere vertikale Kontaktkräfte während des Stehens verglichen mit sitzenden Positionen führten zu keinen Unterschieden bzgl. der plantaren Sensibilität. Dies ist eine wichtige Erkenntnis, da plantare Sensorikmessungen (oft während des Sitzens durchgeführt) dadurch in Kontext mit Gleichgewichtstests gebracht werden können, welche normalerweise im Stehen erfolgen. Zweitens, Daten der plantaren Sensorik zeigten Heteroskedastizität, was bedeutet, dass sich der Messfehler mit Größenzunahme der Messwerte ebenso erhöht. Wir konnten in Studie 2 ein leicht zu erschließendes Beispiel aufzeigen, wie das Problem der Heteroskedastizität durch eine Logarithmierung der Rohdaten behandelt werden konnte und wie kontrolliert werden konnte, ob diese Behandlung erfolgreich war. Drittens, die dynamischen Gleichgewichtsantworten, welche mittels des 'Posturomed' ermittelt wurden, zeigen insgesamt eine gute Reliabilität. Gelegentlich auftretende signifikante Unterschiede wurden anhand von Berechnungen der Wurzel der mittleren Fehlerquadratsumme (root mean square error, RMSE) als klinisch nicht relevant eingestuft. Viertens, eine anhaltende plantar-sensorische Manipulation (Hypothermie) wurde erfolgreich eingeleitet und während der Datenerhebung aufrecht erhalten. Studie 4 zeigte ferner, dass die hypothermisch eingeleiteten reduzierten plantaren Sensorik-Inputs während der eher nicht herausfordernden quasi-statischen Gleichgewichtsbedingungen (einfaches aufrechtes Stehen) kompensiert werden konnten. Während der herausfordernden Gleichgewichtskonditionen (unerwartete Perturbationen der Plattform während des Stehens) hingegen wurde keine vollständige Kompensation erreicht. Allerdings reagierten die Probanden mit einem vorsichtigen motorischen Verhalten. Dies wurde durch die reduzierten Ergebnisparameter infolge der plantaren hypothermischen Manipulation ersichtlich. Die vier hier genannten Studien zeigen weitere Erkenntnisse in Bezug auf Forschungsaktivitäten, welche sensorische und motorische Tests vereinen. Dies trifft speziell in Hinblick auf physiologische und methodologische Aspekte zu, welche bei der Analyse und Interpretation derartiger Daten in Betracht gezogen werden sollten. Zuletzt bietet diese Arbeit auch ein Beispiel dafür, welche klinischen Anwendungsfelder im Bereich der sensorisch-fokussierten Forschung identifiziert werden können. In Studie 5 wird dafür die Bedeutung sensorischer Forschung bei der (Früh-) Diagnose von Erkrankungen aufgezeigt, welche mit kognitiven Einschränkungen in Verbindung gebracht werden. Für diesen Zweck werden verschiedene Instrumente eingebracht, wie etwa sensorische oder koordinativ-motorische Tests. Vorläufige Ergebnisse deuten dabei bereits an, dass nicht nur die klassischen kognitiven Parameter und Fragebögen bei der Identifizierung oder zum Zwecke des besseren Verstehens kognitiven Verfalls einbezogen werden sollten.

Der Leitfaden informiert über Methodik und Ergebnisse der Regionalisierung von ausgewählten Durchflusskennwerten. Über die Internet-Anwendung »Durchflusskennwerte und Querbauwerke« können für beliebige Querschnitte der sächsischen Fließgewässer die Durchflusskennwerte abgefragt werden (Stand 2015). Die Kennwerte werden u. a. benötigt bei der Ermittlung von Mindestwasserführungen und mittleren Durchflussdargeboten sowie bei der Planung wasserbaulicher Anlagen und der Ausweisung von Überschwemmungsgebieten. Die Publikation richtet sich an Wasserbehörden und Planungsbüros, aber auch an Gewässernutzer in Sachsen. Redaktionsschluss: 21.06.2019

Die Broschüre informiert über die Ergebnisse der Messungen von Staubniederschlag und Feinstaub sowie deren Inhaltsstoffen im Raum Hirschfelde. Bis auf Benzo(a)pyren im Feinstaub wurden die Grenz- und Zielwerte der untersuchten Parameter 2015 eingehalten. Die Broschüre richtet sich an Bürger und die mit Luftreinhaltung befassten Behörden und Unternehmen. Die Messungen wurden durch die Staatliche Betrtiebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft durchgeführt. Redaktionsschluss: 21.12.2016

This work provides an in-depth-view of driver motivational aspects when driver assistance Systems (DAS) are considered. Thereby, the role of driver actual experience with DAS use was also identified and highlighted. A central outcome of this thesis is the STADIUM model describing the interplay of motivational factors that determine the engagement in secondary activities while taking actual DAS use experience into account. The role of motives in showing attentive behaviour depending on DAS (the navigation system) could also be underlined. The relevance, enrichment and need of combining qualitative and quantitative approaches when the effects of safety countermeasures on driver behaviour are investigated could also be shown. The results are discussed in terms of hierarchical driver behaviour models, the theory of planned behaviour and its extended versions and the strengths of the introduced studies and limitations. Implications for traffic safety are provided and future research issues are recommended.:Table of Content ACKNOWLEDGEMENTS III LIST OF INCLUDED PUBLICATIONS III SUMMARY VII ZUSAMMENFASSUNG XIII TABLE OF CONTENT XXI LIST OF FIGURES XXVII LIST OF TABLES XXXI 1. INTRODUCTION 1 1.1. Outline 2 1.2. Theoretical Background 3 1.2.1. Understanding driver behaviour: models and approaches that aim at describing driver behaviour. 3 1.2.2. Motivation and driving. 13 1.2.3. The role of motivation in behavioural adaptation due to driver assistance system use. 15 1.2.3.1. Driver assistance systems 15 1.2.3.2. Actual DAS use experience 24 1.2.4. Relevant motivational influence factors based on the Theory of Planned Behaviour. 25 1.2.4.1. Perceived risk 29 1.2.4.2. Perceived behavioural control 30 1.2.4.3. Norms 32 1.2.4.4. Attitudes towards reckless driving 33 1.2.4.5. Attitudes towards DAS 34 1.2.4.6. The intention to carry out concurrent activities to the driving tasks 35 1.2.5. Applying qualitative or quantitative methods when effects of DAS use on driver behaviour are investigated? 37 1.3. Objectives 41 2. STUDY I - ON THE INTERPLAY OF ACTUAL DAS USE EXPERIENCE AND MOTIVATIONAL FACTORS DETERMINING DRIVERS’ ENGAGEMENT IN SECONDARY ACTIVITIES – A THEORETICAL MODEL 45 2.1. Introduction 46 2.2. Methods 49 2.2.1. Focus group discussions. 49 2.2.2. Participants. 49 2.2.3. Procedure. 51 2.2.4. Data analysis. 54 2.3. Findings and Model Development 55 2.3.1. Perceived risk while driving. 55 2.3.2. Perceived behavioural control. 57 2.3.3. Safety-related beliefs concerning DAS: attitudes towards-, and norms concerning-, DAS. 59 2.4. Discussion 65 2.4.1. The STADIUM model. 65 2.4.2. Strengths and limitations. 66 3. STUDY IIA – THE STADIUM MODEL: SECONDARY ACTIVITY ENGAGEMENT DEPENDING ON THE INFLUENCE OF DAS USE EXPERIENCE ON MOTIVATIONAL FACTORS 69 3.1. Introduction 70 3.2. Methods 72 3.2.1. Participants. 72 3.2.2. Questionnaire. 73 3.2.2.1. DAS use experience 74 3.2.2.2. Motivational factors 75 3.2.2.3. Target behaviour: Intentions to carry out secondary activities while driving 76 3.2.3. Data analysis. 76 3.3. Results 78 3.3.1. DAS use experience: Chi-Squares and correlations. 78 3.3.2. Item analysis. 78 3.3.3. Correlations and Partial correlations. 79 3.3.4. The path analysis. 80 3.4. Discussion 82 3.4.1. Strengths and limitations. 87 4. STUDY IIB – THE ROLE OF DRIVER ASSISTANCE EXPERIENCE, SYSTEM FUNCTIONALITY, GENDER, AGE AND SENSATION SEEKING IN ATTITUDES TOWARDS THE SAFETY OF DRIVER ASSISTANCE SYSTEMS 91 4.1. Introduction 92 4.1.1. System functionality. 93 4.1.2. Driver characteristics. 94 4.1.2.1. Actual DAS use experience 94 4.1.2.2. Gender 96 4.1.2.3. Sensation seeking & age 97 4.1.3. Objectives & hypotheses. 98 4.2. Methods 98 4.2.1. Participants. 98 4.2.2. Questionnaire. 99 4.2.2.1. DAS use experience 99 4.2.2.2. Attitudes towards DAS 99 4.2.3. Data analysis. 100 4.3. Results 101 4.3.1. Gender differences. 106 4.3.2. Sensation seeking. 108 4.3.3. Age. 108 4.3.4. Actual DAS use experience. 110 4.4. Discussion 111 5. STUDY III – LOOK WHERE YOU HAVE TO GO! A FIELD STUDY COMPARING GLANCE BEHAVIOUR AT URBAN INTERSECTIONS USING A NAVIGATION SYSTEM OR A PRINTED ROUTE INSTRUCTION 117 5.1. Introduction 118 5.1.1. Behavioural effects of navigation system use. 119 5.1.2. Errors in visual attention allocation: The looked but failed to see phenomenon. 121 5.1.3. The navigation task and hierarchical models of driver behaviour. 122 5.1.4. Objectives. 124 5.1.5. Hypotheses. 124 5.2. Methods 126 5.2.1. Participants. 127 5.2.2. Standardised test drives. 127 5.2.3. Materials. 128 5.2.4. Data analysis procedure. 129 5.3. Results 132 5.3.1. Results from the descriptive, qualitative observation analysis. 132 5.3.2. Quantitative results. 135 5.3.2.1. Drivers’ reactions to pedestrians and/or cyclists who intend to cross 135 5.3.2.2. Driving Speed 136 5.3.2.3. Number of Glances 139 5.3.2.3.1. Areas of interest 139 5.3.2.4. Time looking to the areas of interest 142 5.3.2.4.1. Areas of interest: distribution of glances 142 5.3.2.4.2. Proportionate time looking to the areas of interest related to intersection passing duration 142 5.3.3. Summary of results from the qualitative and the quantitative analyses. 145 5.4. Conclusion 146 5.4.1. Driving speed. 147 5.4.2. Glance behaviour 147 5.4.3. Drivers’ reactions to pedestrians and cyclists. 150 5.4.4. Overall safety effect of type of route guidance 151 5.5. Discussion 152 5.5.1. Field drives: internal and external validity. 152 5.5.2. Experienced navigation system users. 154 5.5.3. Combination of qualitative and quantitative research. 154 5.5.4. Areas of interest. 156 5.5.5. Look but failed to see. 156 5.5.6. Presence of pedestrians and/ or cyclists. 157 5.5.7. Transition towards higher levels of automation. 157 6. FINAL DISCUSSION AND OVERALL CONCLUSION 161 6.1. Looking back, looking ahead 162 6.2. Hierarchical driver behaviour models: Be motivated to pay attention 163 6.3. The STADIUM model 166 6.3.1. Comparison with the Theory of Planned Behaviour. 167 6.3.2. The STADIUM model and its relevance for understanding driver behaviour. 168 6.4. Applying qualitative or quantitative methods when effects of DAS use on driver behaviour are investigated? 169 6.5. Limitations of this research 171 6.6. Implications 175 6.6.1. Individual & DAS. 175 6.6.2. Society & DAS. 177 6.7. Outline: Recommendations for future research 179 7. REFERENCES 183 8. ANNEX: OVERVIEW OF STUDIES THAT INVESTIGATED DRIVER BEHAVIOUR 209 EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG 219 CURRICULUM VITAE 220 Personal Details 220 Scientific Education 221 Professional Experience in Science 222 Awards & Fellowship 223 Publications 224 Journal Paper 224 Book Chapter 225 Conferences 226 / Diese Arbeit liefert einen gründlichen Einblick, welche Rolle motivationale Aspekte spielen, wenn Fahrerassistenzsysteme (FAS) genutzt werden. Dabei wurde auch die Funktion der tatsächlichen Erfahrung mit FAS identifiziert und hervorgehoben. Ein zentrales Ergebnis dieser Arbeit ist das STADIUM Modell, welches das Zusammenspiel motivationaler Faktoren in Abhängigkeit von der tatsächlichen Erfahrung mit FAS erklärt, die wiederum bestimmen, inwieweit und ob andere Aktivitäten während des Fahrens ausgeführt werden. Außerdem konnte unterstrichen werden, welche Rolle Motive spielen, aufmerksames Verhalten in Abhängigkeit von der Nutzung von FAS (dem Navigationssystem) zu zeigen. Zusätzlich konnte dargestellt werden, wie relevant, bereichernd und nützlich es ist, qualitative und quantitative Methoden zu kombinieren, wenn die Effekte von FAS auf das FahrerInnenverhalten untersucht werden. Die Ergebnisse werden diskutiert indem auf hierarchische Fahrerverhaltensmodelle, auf die Theorie des geplanten Verhaltens und ihre erweiterten Versionen und auf die Stärken und Schwächen der Studien Bezug genommen wird. Es werden Implikationen dargestellt und zukünftige Forschungsfragen und Problemstellungen empfohlen.:Table of Content ACKNOWLEDGEMENTS III LIST OF INCLUDED PUBLICATIONS III SUMMARY VII ZUSAMMENFASSUNG XIII TABLE OF CONTENT XXI LIST OF FIGURES XXVII LIST OF TABLES XXXI 1. INTRODUCTION 1 1.1. Outline 2 1.2. Theoretical Background 3 1.2.1. Understanding driver behaviour: models and approaches that aim at describing driver behaviour. 3 1.2.2. Motivation and driving. 13 1.2.3. The role of motivation in behavioural adaptation due to driver assistance system use. 15 1.2.3.1. Driver assistance systems 15 1.2.3.2. Actual DAS use experience 24 1.2.4. Relevant motivational influence factors based on the Theory of Planned Behaviour. 25 1.2.4.1. Perceived risk 29 1.2.4.2. Perceived behavioural control 30 1.2.4.3. Norms 32 1.2.4.4. Attitudes towards reckless driving 33 1.2.4.5. Attitudes towards DAS 34 1.2.4.6. The intention to carry out concurrent activities to the driving tasks 35 1.2.5. Applying qualitative or quantitative methods when effects of DAS use on driver behaviour are investigated? 37 1.3. Objectives 41 2. STUDY I - ON THE INTERPLAY OF ACTUAL DAS USE EXPERIENCE AND MOTIVATIONAL FACTORS DETERMINING DRIVERS’ ENGAGEMENT IN SECONDARY ACTIVITIES – A THEORETICAL MODEL 45 2.1. Introduction 46 2.2. Methods 49 2.2.1. Focus group discussions. 49 2.2.2. Participants. 49 2.2.3. Procedure. 51 2.2.4. Data analysis. 54 2.3. Findings and Model Development 55 2.3.1. Perceived risk while driving. 55 2.3.2. Perceived behavioural control. 57 2.3.3. Safety-related beliefs concerning DAS: attitudes towards-, and norms concerning-, DAS. 59 2.4. Discussion 65 2.4.1. The STADIUM model. 65 2.4.2. Strengths and limitations. 66 3. STUDY IIA – THE STADIUM MODEL: SECONDARY ACTIVITY ENGAGEMENT DEPENDING ON THE INFLUENCE OF DAS USE EXPERIENCE ON MOTIVATIONAL FACTORS 69 3.1. Introduction 70 3.2. Methods 72 3.2.1. Participants. 72 3.2.2. Questionnaire. 73 3.2.2.1. DAS use experience 74 3.2.2.2. Motivational factors 75 3.2.2.3. Target behaviour: Intentions to carry out secondary activities while driving 76 3.2.3. Data analysis. 76 3.3. Results 78 3.3.1. DAS use experience: Chi-Squares and correlations. 78 3.3.2. Item analysis. 78 3.3.3. Correlations and Partial correlations. 79 3.3.4. The path analysis. 80 3.4. Discussion 82 3.4.1. Strengths and limitations. 87 4. STUDY IIB – THE ROLE OF DRIVER ASSISTANCE EXPERIENCE, SYSTEM FUNCTIONALITY, GENDER, AGE AND SENSATION SEEKING IN ATTITUDES TOWARDS THE SAFETY OF DRIVER ASSISTANCE SYSTEMS 91 4.1. Introduction 92 4.1.1. System functionality. 93 4.1.2. Driver characteristics. 94 4.1.2.1. Actual DAS use experience 94 4.1.2.2. Gender 96 4.1.2.3. Sensation seeking & age 97 4.1.3. Objectives & hypotheses. 98 4.2. Methods 98 4.2.1. Participants. 98 4.2.2. Questionnaire. 99 4.2.2.1. DAS use experience 99 4.2.2.2. Attitudes towards DAS 99 4.2.3. Data analysis. 100 4.3. Results 101 4.3.1. Gender differences. 106 4.3.2. Sensation seeking. 108 4.3.3. Age. 108 4.3.4. Actual DAS use experience. 110 4.4. Discussion 111 5. STUDY III – LOOK WHERE YOU HAVE TO GO! A FIELD STUDY COMPARING GLANCE BEHAVIOUR AT URBAN INTERSECTIONS USING A NAVIGATION SYSTEM OR A PRINTED ROUTE INSTRUCTION 117 5.1. Introduction 118 5.1.1. Behavioural effects of navigation system use. 119 5.1.2. Errors in visual attention allocation: The looked but failed to see phenomenon. 121 5.1.3. The navigation task and hierarchical models of driver behaviour. 122 5.1.4. Objectives. 124 5.1.5. Hypotheses. 124 5.2. Methods 126 5.2.1. Participants. 127 5.2.2. Standardised test drives. 127 5.2.3. Materials. 128 5.2.4. Data analysis procedure. 129 5.3. Results 132 5.3.1. Results from the descriptive, qualitative observation analysis. 132 5.3.2. Quantitative results. 135 5.3.2.1. Drivers’ reactions to pedestrians and/or cyclists who intend to cross 135 5.3.2.2. Driving Speed 136 5.3.2.3. Number of Glances 139 5.3.2.3.1. Areas of interest 139 5.3.2.4. Time looking to the areas of interest 142 5.3.2.4.1. Areas of interest: distribution of glances 142 5.3.2.4.2. Proportionate time looking to the areas of interest related to intersection passing duration 142 5.3.3. Summary of results from the qualitative and the quantitative analyses. 145 5.4. Conclusion 146 5.4.1. Driving speed. 147 5.4.2. Glance behaviour 147 5.4.3. Drivers’ reactions to pedestrians and cyclists. 150 5.4.4. Overall safety effect of type of route guidance 151 5.5. Discussion 152 5.5.1. Field drives: internal and external validity. 152 5.5.2. Experienced navigation system users. 154 5.5.3. Combination of qualitative and quantitative research. 154 5.5.4. Areas of interest. 156 5.5.5. Look but failed to see. 156 5.5.6. Presence of pedestrians and/ or cyclists. 157 5.5.7. Transition towards higher levels of automation. 157 6. FINAL DISCUSSION AND OVERALL CONCLUSION 161 6.1. Looking back, looking ahead 162 6.2. Hierarchical driver behaviour models: Be motivated to pay attention 163 6.3. The STADIUM model 166 6.3.1. Comparison with the Theory of Planned Behaviour. 167 6.3.2. The STADIUM model and its relevance for understanding driver behaviour. 168 6.4. Applying qualitative or quantitative methods when effects of DAS use on driver behaviour are investigated? 169 6.5. Limitations of this research 171 6.6. Implications 175 6.6.1. Individual & DAS. 175 6.6.2. Society & DAS. 177 6.7. Outline: Recommendations for future research 179 7. REFERENCES 183 8. ANNEX: OVERVIEW OF STUDIES THAT INVESTIGATED DRIVER BEHAVIOUR 209 EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG 219 CURRICULUM VITAE 220 Personal Details 220 Scientific Education 221 Professional Experience in Science 222 Awards & Fellowship 223 Publications 224 Journal Paper 224 Book Chapter 225 Conferences 226

Nuel Belnap schlug 1977 eine vierwertige Logik vor, die -- im Gegensatz zur klassischen Logik -- die Faehigkeit haben sollte, sowohl mit widerspruechlicher als auch mit fehlender Information umzugehen. Diese Logik hat jedoch den Nachteil, dass sie Saetze der Form 'wenn ..., dann ...' nicht ausdruecken kann. Ausgehend von dieser Beobachtung analysieren wir die beiden nichtklassischen Aspekte, Widerspruechlichkeit und fehlende Information, indem wir eine dreiwertige Logik entwickeln, die mit widerspruechlicher Information umgehen kann und eine Modallogik, die mit fehlender Information umgehen kann. Beide Logiken sind nicht monoton. Wir untersuchen Eigenschaften, wie z.B. Kompaktheit, Entscheidbarkeit, Deduktionstheoreme und Berechnungkomplexitaet dieser Logiken. Es stellt sich heraus, dass die dreiwertige Logik, nicht kompakt und ihre Folgerungsmenge im Allgemeinen nicht rekursiv aufzaehlbar ist. Beschraenkt man sich hingegen auf endliche Formelmengen, so ist die Folgerungsmenge rekursiv entscheidbar, liegt in der Klasse $\Sigma_2^P$ der polynomiellen Zeithierarchie und ist DIFFP-schwer. Wir geben ein auf semantischen Tableaux basierendes, korrektes und vollstaendiges Berechnungsverfahren fuer endliche Praemissenmengen an. Darueberhinaus untersuchen wir Abschwaechungen der Kompaktheitseigenschaft. Die nichtmonotone auf S5-Modellen basierende Modallogik stellt sich als nicht minder komplex heraus. Auch hier untersuchen wir eine sinnvolle Abschwaechung der Kompaktheitseigenschaft. Desweiteren studieren wir den Zusammenhang zu anderen nichtmonotonen Modallogiken wie Moores autoepistemischer Logik (AEL) und McDermotts NML-2. Wir zeigen, dass unsere Logik zwischen AEL und NML-2 liegt. Schliesslich koppeln wir die entworfene Modallogik mit der dreiwertigen Logik. Die dabei enstehende Logik MKT ist eine Erweiterung des nichtmonotonen Fragments von Belnaps Logik. Wir schliessen unsere Betrachtungen mit einem Vergleich von MKT und verschiedenen informationstheoretischen Logiken, wie z.B. Nelsons N und Heytings intuitionistischer Logik ab.