Ziel der Arbeit ist die theoretische Analyse von Kohlenstoff-Clustern der Größe 100 - 500 Atome. Die experimentellen Beobachtungen sind bei dieser geringen Anzahl der Atome schwierig. Anderseits sind Kenntnisse über solche Cluster sehr wichtig, z.B. für die Keimbildung von Diamant auf Substraten, oder für die Kohlenstoff-Nanotechnologie (Fullerene, Nanotubes), oder für strukturelle Defekte in Kohlenstoff-Systemen. Es wurden gekrümmte Grenzflächen im Diamant simuliert. Zuerst mit einem empirischen Potential. Es wurde danach eine Methode entwickelt, bei der die schwach gestörten Gebiete einem empirischen Potential gehorchen, und die stark gestörten Gebiete, wo eine genaue Berechnung erforderlich ist, durch eine quantenmechanische Näherung beschrieben wurden. Somit kann man mit guter Genauigkeit große Systeme, bestehend aus einigen 10 (hoch)4 Atomen, simulieren, bei denen nur lokal quantenmechanische Methoden erforderlich sind. Mit diesem Hybrid-Code wurden weiterhin Diamantkeime auf Silizium gerechnet. Es wurden Aussagen bezüglich der Stabilität des Diamants auf dem Siliziumsubstrat, der kritischen Keimgröße, der Änderungen, die der Keim erfährt, gemacht. Ein anderes Gebiet ist die molekulardynamische Simulation bezüglich der Stabilität und des Transformationsverhaltens von Kohlenstoff-Nanoteilchen. Es wurden als »Rohstoffe» sowohl Diamant- und Graphitkristalle sphärischer, ellipsoidischer oder quadratischer Form benutzt, als auch amorpher Kohlenstoff. Es wurde demonstriert, daß sich Diamant unter höherer Temperatur und Bestrahlung in Kohlenstoffzwiebeln transformiert. Es wurde der innere Kern, bestehend aus zwei Schalen, der Kohlenstoffzwiebel simuliert. Es wurde, nach meinem Wissen, zum ersten Mal gezeigt, daß zwischen den Schalen der Kohlenstoffzwiebel Quer-Verbindungen (cross-links) existieren. Diese waren von den Experimentatoren vermutet worden. Sie bilden die Initiatoren der Diamantkeime der Kohlenstoffzwiebel bei ihrer ohne äußeren Druck möglichen Transformation in Diamant. Die Zentren der Kohlenstoffzwiebeln befinden sich bereits in der Entstehung der Zwiebel unter einem Selbstdruck. Bei den größeren Kohlenstoffzwiebeln beträgt der experimentell bestimmte Abstand zwischen den Schalen von außen nach innen von 3.34 Å bis 2.2 Å. Anlagen: nano1.mpg (91,8 MB); nano2.mpg (131 MB) Nutzung: Referat Informationsvermittlung der SLUB / The scope of this work is the analysis of carbon clusters of about 100 - 500 atoms. The experimental studies are at such small clusters heavy. Knowledges about thus clusters are very important, for example in the field of the nucleation of diamond on substrates, or for the carbon nano-technology (fullerene, nanotubes), or for local defects in carbon systems. There were simulated curved interfaces in diamond. Firstly with an empirical potential. Than I developed a method, in wich the defects and the structure around them are treated by a quantum mechanical algorithm and the rest with a near to ideal structure with an empirical potential. So, it is possible an accurate calculation of great systems of about 10 (high)4 atoms on wich only locally quantum mechanical methods are necessary. With this hybrid-code diamond nuclei on silicon substrate were simulated. The stability of the diamond nuclei on the silicon substrate, the critical radius of the nuclei and the changes of the nuclei during his transformation was investigated. Another field of investigations is the molecular dynamics simulation of free carbon clusters. The initial structures had spherical, ellipsoidical or square form and consists of diamond and graphite or a free form in the case of amorphous carbon. It was demonstrated that diamond transforms at higher temperatures and under irradiation in carbon onions. The genesis of the nucleus of a carbon onion with two shells was here for the first time simulated. The existence of the cross-links between the shells of a carbon onion was demonstrated. These existence was expected from the experimentators. The cross-links are the initiators of the transformation of carbon onions to diamond. The center of carbon onions is under self-pressure, because the distance between the outer shells is about 3.34 Å and between the inner shells about 2.2 Å. Appendix: nano1.mpg (91,8 MB); nano2.mpg (131 MB) Usage: Referat Informationsvermittlung/ SLUB

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Predictive coding theorizes the capacity of neural structures to form predictions about forthcoming sensory events based on previous sensory input. This concept increasingly gains attention within experimental psychology and cognitive neuroscience. In auditory research, predictive coding has become a useful model that elegantly explains different aspects of auditory sensory processing and auditory perception. Many of these aspects are backed up by experimental evidence. However, certain fundamental features of predictive auditory processing have not been addressed so far by experimental investigations, like correlates of neural predictions that show up before the onset of an expected event. Four experiments were designed to investigate the proposed mechanism under more realistic conditions as compared to previous studies by manipulating different aspects of predictive (un)certainty, thereby examining the ecological validity of predictive processing in audition. Moreover, predictive certainty was manipulated gradually across five conditions from unpredictable to fully predictable in linearly increasing steps which drastically decreases the risk of discovering incidental findings. The results obtained from the conducted experiments partly confirm the results from previous studies by demonstrating effects of predictive certainty on ERPs in response to omissions of potentially predictable stimuli. Furthermore, results partly suggest that the auditory system actively engages in stimulus predictions in a literal sense as evidenced by gradual modulations of pre-stimulus ERPs associated with different degrees of predictive certainty. However, the current results remain inconsistent because the observed effects were relatively small and could not consistently be replicated in all follow-up experiments. The observed effects could be regained after accumulating the data across all experiments in order to increase statistical power. However, certain questions remain unanswered regarding a valid interpretation of the results in terms of predictive coding. Based on the current state of results, recommendations for future investigations are provided at the end of the current thesis in order to improve certain methodological aspects of investigating predictive coding in audition, including considerations on the design of experiments, possible suitable measures to investigate predictive coding in audition, recommendations for data acquisition and data analysis as well as recommendations for publication of results.

Ziel der Arbeit ist die theoretische Analyse von Kohlenstoff-Clustern der Größe 100 - 500 Atome. Die experimentellen Beobachtungen sind bei dieser geringen Anzahl der Atome schwierig. Anderseits sind Kenntnisse über solche Cluster sehr wichtig, z.B. für die Keimbildung von Diamant auf Substraten, oder für die Kohlenstoff-Nanotechnologie (Fullerene, Nanotubes), oder für strukturelle Defekte in Kohlenstoff-Systemen. Es wurden gekrümmte Grenzflächen im Diamant simuliert. Zuerst mit einem empirischen Potential. Es wurde danach eine Methode entwickelt, bei der die schwach gestörten Gebiete einem empirischen Potential gehorchen, und die stark gestörten Gebiete, wo eine genaue Berechnung erforderlich ist, durch eine quantenmechanische Näherung beschrieben wurden. Somit kann man mit guter Genauigkeit große Systeme, bestehend aus einigen 10 (hoch)4 Atomen, simulieren, bei denen nur lokal quantenmechanische Methoden erforderlich sind. Mit diesem Hybrid-Code wurden weiterhin Diamantkeime auf Silizium gerechnet. Es wurden Aussagen bezüglich der Stabilität des Diamants auf dem Siliziumsubstrat, der kritischen Keimgröße, der Änderungen, die der Keim erfährt, gemacht. Ein anderes Gebiet ist die molekulardynamische Simulation bezüglich der Stabilität und des Transformationsverhaltens von Kohlenstoff-Nanoteilchen. Es wurden als »Rohstoffe» sowohl Diamant- und Graphitkristalle sphärischer, ellipsoidischer oder quadratischer Form benutzt, als auch amorpher Kohlenstoff. Es wurde demonstriert, daß sich Diamant unter höherer Temperatur und Bestrahlung in Kohlenstoffzwiebeln transformiert. Es wurde der innere Kern, bestehend aus zwei Schalen, der Kohlenstoffzwiebel simuliert. Es wurde, nach meinem Wissen, zum ersten Mal gezeigt, daß zwischen den Schalen der Kohlenstoffzwiebel Quer-Verbindungen (cross-links) existieren. Diese waren von den Experimentatoren vermutet worden. Sie bilden die Initiatoren der Diamantkeime der Kohlenstoffzwiebel bei ihrer ohne äußeren Druck möglichen Transformation in Diamant. Die Zentren der Kohlenstoffzwiebeln befinden sich bereits in der Entstehung der Zwiebel unter einem Selbstdruck. Bei den größeren Kohlenstoffzwiebeln beträgt der experimentell bestimmte Abstand zwischen den Schalen von außen nach innen von 3.34 Å bis 2.2 Å. Anlagen: nano1.mpg (91,8 MB); nano2.mpg (131 MB) Nutzung: Referat Informationsvermittlung der SLUB / The scope of this work is the analysis of carbon clusters of about 100 - 500 atoms. The experimental studies are at such small clusters heavy. Knowledges about thus clusters are very important, for example in the field of the nucleation of diamond on substrates, or for the carbon nano-technology (fullerene, nanotubes), or for local defects in carbon systems. There were simulated curved interfaces in diamond. Firstly with an empirical potential. Than I developed a method, in wich the defects and the structure around them are treated by a quantum mechanical algorithm and the rest with a near to ideal structure with an empirical potential. So, it is possible an accurate calculation of great systems of about 10 (high)4 atoms on wich only locally quantum mechanical methods are necessary. With this hybrid-code diamond nuclei on silicon substrate were simulated. The stability of the diamond nuclei on the silicon substrate, the critical radius of the nuclei and the changes of the nuclei during his transformation was investigated. Another field of investigations is the molecular dynamics simulation of free carbon clusters. The initial structures had spherical, ellipsoidical or square form and consists of diamond and graphite or a free form in the case of amorphous carbon. It was demonstrated that diamond transforms at higher temperatures and under irradiation in carbon onions. The genesis of the nucleus of a carbon onion with two shells was here for the first time simulated. The existence of the cross-links between the shells of a carbon onion was demonstrated. These existence was expected from the experimentators. The cross-links are the initiators of the transformation of carbon onions to diamond. The center of carbon onions is under self-pressure, because the distance between the outer shells is about 3.34 Å and between the inner shells about 2.2 Å. Appendix: nano1.mpg (91,8 MB); nano2.mpg (131 MB) Usage: Referat Informationsvermittlung/ SLUB

Predictive coding theorizes the capacity of neural structures to form predictions about forthcoming sensory events based on previous sensory input. This concept increasingly gains attention within experimental psychology and cognitive neuroscience. In auditory research, predictive coding has become a useful model that elegantly explains different aspects of auditory sensory processing and auditory perception. Many of these aspects are backed up by experimental evidence. However, certain fundamental features of predictive auditory processing have not been addressed so far by experimental investigations, like correlates of neural predictions that show up before the onset of an expected event. Four experiments were designed to investigate the proposed mechanism under more realistic conditions as compared to previous studies by manipulating different aspects of predictive (un)certainty, thereby examining the ecological validity of predictive processing in audition. Moreover, predictive certainty was manipulated gradually across five conditions from unpredictable to fully predictable in linearly increasing steps which drastically decreases the risk of discovering incidental findings. The results obtained from the conducted experiments partly confirm the results from previous studies by demonstrating effects of predictive certainty on ERPs in response to omissions of potentially predictable stimuli. Furthermore, results partly suggest that the auditory system actively engages in stimulus predictions in a literal sense as evidenced by gradual modulations of pre-stimulus ERPs associated with different degrees of predictive certainty. However, the current results remain inconsistent because the observed effects were relatively small and could not consistently be replicated in all follow-up experiments. The observed effects could be regained after accumulating the data across all experiments in order to increase statistical power. However, certain questions remain unanswered regarding a valid interpretation of the results in terms of predictive coding. Based on the current state of results, recommendations for future investigations are provided at the end of the current thesis in order to improve certain methodological aspects of investigating predictive coding in audition, including considerations on the design of experiments, possible suitable measures to investigate predictive coding in audition, recommendations for data acquisition and data analysis as well as recommendations for publication of results.:1. Introduction ... 5 1.1 An introduction to predictive coding theory ... 9 1.2 Predictive coding in audition ... 11 1.3 Electrophysiological correlates of predictive auditory processing ... 14 1.4 Limitations of previous research and aims of the thesis ... 21 2. Traditional correlates of auditory prediction ... 24 2.1 Experiment 1: Reliability of auditory predictions ... 25 2.2 Experiment 2: Accuracy of auditory predictions ... 39 3. Pre-stimulus correlates of auditory prediction ...47 3.1 Pre-stimulus effects in Experiment 1 and 2 ... 48 3.2 Experiment 3: Temporal dynamics of auditory prediction ... 56 3.3 Experiment 4: The influence of omissions on stimulus processing ... 64 4 Results across experiments ... 74 4.1 Methods ... 76 4.2 Results ... 80 4.3 Discussion ... 82 5. General Discussion ... 87 5.1 Implications for current research ... 89 5.2 Recommendations for future investigations ... 93 5.3 Future prospects ... 101 5.4 Conclusion ... 104 References ...106 Appendix ... 116

Personen mit Morbus Parkinson (MP) erleben Herausforderungen beim Erinnern, Planen und Ausführen täglicher Abläufe, die über motorische Symptome hinausgehen. Störungen in der Verarbeitung von Alltagsereignissen könnten eine zentrale Rolle spielen, jedoch sind potentielle Defizite und neuronale Mechanismen unzureichend untersucht. In Studie 1 untersuchten wir das Segmentierungsverhalten während der Betrachtung von naturalistischen Filmen und dessen Beziehung zum Ereignisgedächtnis. Die Ergebnisse zeigten Abweichungen im Segmentierungsverhalten bei MP, wobei größere Abweichungen mit mehr Fehlern im Gedächtnisabruf der zeitlichen Ereignisabfolge einhergingen. Darüber hinaus weisen wenige Verhaltensstudien auf eine gestörte zeitliche Ereignisverarbeitung bei MP hin, aber zugrundeliegende Mechanismen wurden selten untersucht. Resultate zur Struktur und zum Abruf von Ereigniswissen im Langzeitgedächtnis sind uneindeutig. In Studie 2 analysierten wir daher Verhaltensleistungen und ereigniskorrelierte Potenziale (ERPs) als Reaktion auf zeitliche und inhaltliche Verletzungen in Ereignissequenzen. Personen mit MP zeigten höhere Fehlerraten und verlangsamte Reaktionszeiten in Antwort auf zeitliche Ereignisfehler im Vergleich zu Kontrollprobanden. Neurophysiologisch deutete ein vorzeitiger Latenzbeginn der „late posivitive component“ (LPC) in Reaktion auf die zeitlichen Ereignisfehler bei MP darauf hin, dass diese unerwartet waren und hohe neuronale Ressourcen zur Verarbeitung erforderten. Bei inhaltlichen Verletzungen zeigten Kontrollprobanden einen N400-Effekt, der auf eine semantische Mismatch-Reaktion zwischen dem fehlerhaften Ereignis und Ereignismodell hinwies. Dieser Effekt fehlte bei der MP-Gruppe, was auf Beeinträchtigungen beim Abruf strukturierter Ereignisrepräsentationen hindeutet. Kombiniert belegen die Ergebnisse eine beeinträchtigte Alltagsereignisverarbeitung bei MP mit möglichen Auswirkungen auf Verhaltensdefizite in alltäglichen Routinen. / Persons with Parkinson’s disease (PD) encounter challenges in remembering, planning, and executing daily routines. Beyond the typical motor symptoms, impairments in processing everyday events could play an essential role in this context. However, deficits and associated underlying neuronal mechanisms of event processing in PD have hardly been investigated. In Study 1, we examined the segmentation behavior during naturalistic movie viewing (i.e., event segmentation) and its relation to event memory in PD, as respective impairments can be expected due to dysfunctions in dopaminergic striatal-cortical networks. Results showed that persons with PD deviated from healthy controls' segmentation patterns and that the more the segmentation differed from the normative pattern, the more errors persons with PD made in recalling the temporal order of the perceived events. Further, some behavioral studies suggest impaired temporal event processing in PD, but underlying mechanisms are rarely examined. Findings on long-term event knowledge are so far inconclusive. Thus, in Study 2, we analyzed behavioral performance and event-related potentials (ERPs) in response to temporally and content-related violated event sequences. Persons with PD exhibited less accurate performance and slowed reaction times to temporal violations compared to controls. On the neurophysiological level, persons with PD expressed a premature latency onset of the late positive component (LPC) upon temporal violations compared to controls suggesting that temporal errors were highly unexpected, demanding high neuronal resources to process in PD. In response to content violations, controls expressed a N400 indicating a semantic mismatch reaction between the erroneous event and the event model, which was absent in the PD group, suggesting impaired retrieval and disorganized event representations. Combined findings highlight impaired event processing in PD, shedding light on behavioral deficits in daily routines.

Eine überaktive Überwachung eigener Handlungen, welche sich in erhöhten Amplituden der error-related negativity (ERN) zeigt, scheint eine zentrale Rolle in der Pathophysiologie der Zwangsstörung zu spielen. Die funktionelle Bedeutsamkeit der ERN, die Mechanismen, die zur erhöhten ERN bei Zwangsstörungen beitragen und der Nutzen der ERN als Ansatzpunkt für Interventionen sind jedoch nicht vollständig geklärt. Diese Dissertation umfasst drei Studien, deren Ziel es war, diese Aspekte zu untersuchen. Studie 1 untersuchte die affektive Bewertung eigener Handlungen und zeigte, dass Handlungen automatisch affektive Valenz zugeschrieben wird. Darauf aufbauend untersuchte Studie 2, ob die ERN die Valenzbewertung von Fehlern widerspiegelt und ob eine veränderte Fehlerbewertung zur erhöhten ERN bei Zwangsstörungen beiträgt. Die Ergebnisse zeigten, dass Personen mit Zwangsstörung eine verminderte Valenzbewertung von Fehlern aufweisen, lieferten aber keine Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen ERN und Fehlerbewertung, was nahelegt, dass eine veränderte Fehlerbewertung nicht der erhöhten ERN bei Zwangsstörungen zugrunde liegt. Studie 3 untersuchte, ob die ERN durch nicht-invasive Hirnstimulation modulierbar ist und lieferte Hinweise darauf, dass kathodale transkranielle Gleichstromstimulation über dem prä-supplementär motorischen Areal die ERN bei gesunden Personen und Personen mit Zwangsstörung reduziert. Zusammenfassend zeigen die Studien, dass die Handlungsüberwachung die affektive Bewertung eigener Handlungen umfasst und dass dieser Prozess bei Zwangsstörungen verändert ist; eine veränderte Fehlerbewertung scheint jedoch nicht der erhöhten ERN bei Zwangsstörungen zugrunde zu liegen. Diese Erkenntnisse tragen zum Verständnis neurokognitiver Veränderungen bei dieser Störung bei. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass nicht-invasive Hirnstimulation das Potenzial hat, die ERN bei Personen mit Zwangsstörung abzuschwächen. Dies könnte den Weg für neue Interventionsstrategien ebnen. / Overactive performance monitoring, as indicated by increased amplitudes of the error-related negativity (ERN), is considered to play a central role in the pathophysiology of obsessive-compulsive disorder (OCD). However, the functional significance of the ERN, the mechanisms contributing to increased ERN amplitudes in OCD, and the utility of the ERN as a target for intervention are not fully understood. This dissertation comprises three studies that aimed to shed light on these questions. Study 1 examined the affective evaluation of own actions, revealing that affective valence is automatically assigned to actions. Building upon this, Study 2 investigated whether the ERN reflects the valence evaluation of errors and whether altered error evaluation contributes to heightened ERN magnitude in OCD. The results indicated that individuals with OCD show reduced valence evaluation of errors, yet they provided no evidence for an association between ERN and error evaluation, suggesting that altered error evaluation may not underlie elevated ERN magnitude in OCD. Study 3 investigated whether the ERN can be modulated by non-invasive brain stimulation, and provided tentative evidence that cathodal transcranial direct current stimulation over the presupplementary motor area reduces the ERN in healthy individuals and individuals with OCD. In summary, the studies provide evidence that performance monitoring encompasses the affective evaluation of own actions and demonstrate that this process is altered in OCD; however, aberrant error evaluation does not seem to underlie heightened ERN amplitudes in OCD. These insights contribute to the understanding of neurocognitive alterations in this disorder. Additionally, the results suggest that non-invasive brain stimulation has the potential to attenuate the ERN in individuals with OCD, which may pave the way for novel intervention strategies.

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