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In vielen Kommunikationssytemen wird Information durch die zeitliche Struktur von Signalen kodiert. Ein neuronales System, welches rhythmische Signale verarbeitet, sollte davon profitieren, seine inhärenten Filtereigenschaften den Frequenzcharakteristika dieser Signale anzupassen. Die Grille Gryllus bimaculatus stellt ein einfaches biologisches System dar, für welches nur wenige, spezifische Modulationsfrequenzen verhaltensrelevant sind. Ich habe einzelne Neuronen im peripheren und höheren auditorischen System der Grille hinsichtlich einer möglichen Anpassung auf diese Frequenzen untersucht. Hierfür habe ich extrazelluläre Elektrophysiologie mit verschiedenen Stimulationsparadigmen kombiniert, welche auf amplitudenmodulierten Tönen basierten. Die Analyse der experimentellen Daten ergab, dass bereits in der auditorischen Peripherie einige der untersuchten Neurone Bandpasseigenschaften aufwiesen, da sie verhaltensrelevante Modulationsfrequenzen mit den höchsten Feuerraten beantworteten. Anhand einfacher mathematischer Modelle demonstriere ich, wie weitverbreitete, zellintrinsische und netzwerkbasierte Mechanismen die beobachteten Feuerratenresonanzen erklären könnten. Diese Mechanismen umfassen unterschwellige Resonanz von Membranströmen, aktivitätsabhängige Adaptation, sowie das Zusammenwirken von Exzitation und Inhibition. Ich zeige, wie eine serielle Kombination solcher elementarer Filter die deutliche Selektivität im Verhalten der Grille erklären könnte, ohne dabei auf ein dediziertes Filterelement zurückzugreifen. Allgegenwärtige neuronale Mechanismen könnten demnach eine dezentralisierte Filterkaskade in einem hochspezialisierten und größenbeschränkten neuronalen System begründen. / In many communication systems, information is encoded in the temporal pattern of signals. For rhythmic signals that carry information in specific frequency bands, a neuronal system may profit from tuning its inherent filtering properties towards a peak sensitivity in the respective frequency range. The cricket Gryllus bimaculatus is a simple biological system for which only a narrow range of modulation frequencies is behaviorally relevant. I examined individual neurons in the peripheral and higher auditory system for tuning towards specific temporal parameters and modulation frequencies. To this end, I combined extracellular electrophysiology with different stimulation paradigms involving amplitude-modulated sounds. Analysis of the experimental data revealed that—even in the auditory periphery—some of the examined neurons acted as tuned band-pass filters, yielding highest firing-rates for behaviorally relevant modulation frequencies. Using simple computational models, I demonstrate how common, cell-intrinsic or network-based mechanisms could account for the experimentally observed firing-rate resonances. These mechanisms include subthreshold resonances, spike-triggered adaptation, as well as the interplay of excitation and inhibition. I present how a serial combination of such elementary filters could explain the strong selectivity evident in the cricket’s behavior—without the need for a dedicated filter element. Pervasive neuronal mechanisms could therefore constitute an efficient, distributed frequency filter in a highly specialized, size-constrained neuronal system.

Das Gesangssystem der Vögel hat sich als ein hervorragendes Modellsystem erwiesen, um Fragen zu Mechanismen entwicklungsbedingter neuronaler Plastizität von Lernprozessen zu erarbeiten. Bei Singvögeln haben sich im Laufe der Phylogenese neuronale Zentren entwickelt, die sich auf das Gesangslernen und die Gesangsproduktion spezialisiert haben. Zebrafinkenmännchen, wie viele andere Singvögel auch, erlernen ihren Gesang, indem sie von einem Tutor ihr artspezifisches Gesangsmuster schon in früher Jugend im Gedächtnis abspeichern und dann ganz allmählich ihr eigenes Vokalisationsmuster über auditorische Rückkopplung an das im Gehirn abgespeicherte Muster angleichen. Parallel zu diesen Verhaltensänderungen, finden auch auf neuronaler Ebene zahlreiche Veränderungen in den Gesangskernen statt, die in der hier vorliegenden Arbeit detailliert untersucht wurden, indem Zebrafinken zum einen mit einem Gesangstutor aufwuchsen oder ohne ein Gesangsvorbild. Die Folgen dieser unterschiedlichen Aufzuchtsbedingungen wurden dann im Gesang und in den neuronalen Strukturen der Gesangskerne mit einer Vielzahl von Techniken analysiert, einschließlich der Golgi-Technik, Elektronenmikroskopie, Immunhistochemie, verschiedener neuronaler Tracersubstanzen und quantitativer Stereologie, sowie intrazellulärer Ableitungen am in vitro Hirnschnittpräparat. Die Daten zeigen u.a., dass dendritische Spines an der Gedächtnisbildung für Gesang maßgeblich beteiligt sind und zwar in einer Vorderhirnregion, der eine wichtige Rolle bei frühen sensorischen Lernprozessen zukommt, dem lateralen magnocellularen Nucleus des anterioren Nidopalliums (LMAN). Zebrafinkenweibchen singen nicht und haben weitaus kleinere Gesangskerne als die Männchen. Zebrafinkenweibchen, die nie einen artspezifischen Gesang hören, weisen im Vergleich zu denen, die mit einem solchen aufgewachsen sind, signifikante Unterschiede in der neuronalen Struktur im Nucleus robustus arcopallii (RA) auf. Diese Befunde zeigen, dass die Gesangskerne bei Weibchen trotz ihrer kleineren Größe dennoch eine wichtige Rolle bei der Gedächtnisbildung eines artspezifischen Gesangsmusters spielen. Man beachte, dass die Nomenklatur des Vogelgehirns 2004 revidiert wurde (Reiner et al, J Comp Neurol 473:377-414, 2004; http://avianbrain.org/papers/RevisedNomenclature.pdf). / The song system of birds has been used extensively as a model system for studying basic mechanisms of neuronal plasticity and development underlying a learned behavior. Discrete sets of interconnected nuclei in the avian brain have evolved and are a prerequisite for song learning processes and the production of song. Zebra finch males, like many other song birds, learn their song by memorizing a tutor song model early in life and then gradually matching their vocal output by auditory feedback to the stored memory of that tutor song. In parallel to these behavioural changes, various changes in neuronal structures of song system nuclei take place. These structural correlates of song learning processes have been investigated in great detail in the current research by raising zebra finches with and without a song tutor model and then studying the consequences for song and for neuronal structure in the song system by using a variety of techniques including Golgi-technique, electron microscopy, immunohistochemistry, various neuronal tracer and quantitative stereology, intracellular recordings in the in vitro slice preparation and analyzing sonograms at the behavioral approach. There is strong evidence that, among other findings, dendritic spines are very much involved in memory formation of song in the lateral magnocellular nucleus of the anterior nidopallium (LMAN), a forebrain region particularly involved in sensory learning processes early in life. Female zebra finches do not sing and have much smaller song nuclei than males. Rearing females either with being exposed to species-specific song early in life or deprived of hearing song, exhibit significant differences in neuronal structure particularly in nucleus robustus arcopallii (RA). These data give further evidence that, despite their smaller sizes, song system nuclei in female birds do play an important role in memorization of song. Please note that in 2004 the nomenclature of the avian brain has been revised (Reiner et al, J Comp Neurol 473:377-414, 2004; http://avianbrain.org/papers/RevisedNomenclature.pdf).

Erfolgreiches willkürliches Verhalten beruht auf der Selektion verhaltensrelevanter perzeptueller Informationen durch Aufmerksamkeit und deren kurzzeitiger Speicherung im Arbeitsgedächtnis. Bisherige Untersuchungen legen eine sowohl anatomische als auch funktionelle Interaktion beider kognitiver Funktionen nahe, insbesondere eine selektive Fazilitierung visueller Verarbeitung durch Arbeitsgedächtnisrepräsentationen. In der hier vorliegenden Arbeit wurde ein Gedächtnissakkadenparadigma (Gedächtnisphase von 6 Sekunden) mit einer visuellen Diskriminationsaufgabe kombiniert, die 1500, 2500 oder 3500 ms nach Präsentation des Gedächtnisstimulus durchzuführen war. Im Gegensatz zu den Erwartungen wurde eine transiente Verlängerung der Reaktionszeiten auf Diskriminationsstimuli beobachtet, die an aktuell erinnerten räumlichen Positionen präsentiert worden waren. In einem Kontrollexperiment ohne mnestische Anforderungen trat dieser Effekt hingegen nicht auf. Darüber hinaus hing die verzögerte Diskrimination von der Präzision der Gedächtnissakkaden und somit von der Güte der Arbeitsgedächtnisrepräsentation ab. Die räumliche Verteilung der Inhibition zeigte eine sog. „Center-Surround“-Organisation, wie sie für lokale neuronale Netzwerke im visuellen und präfrontalen Kortex bekannt ist. Es wird ein aktiver inhibitorischer Mechanismus postuliert, der den durch räumliches Arbeitsgedächtnis induzierten fazilitierenden Effekten entgegenwirkt und somit eine flexible Orientierung zu neuen Informationen während der Repräsentation von behavioral relevanten Informationen im räumlichen Arbeitsgedächtnis ermöglicht. Ein neurophysiologisches Korrelat für diesen Mechanismus könnte inhibitorische Gedächtnisphasenaktivität im präfrontalen Kortex darstellen, die über direkte präfrontotektale Projektionen vermittelt wird. / Voluntary behavior critically depends on attentional selection and short-term maintenance of perceptual information. Recent research suggests a tight coupling of both cognitive functions with visual processing being selectively enhanced by working memory representations. Here, a memoryguided saccade paradigm (6-s delay) was combined with a visual discrimination task, performed either 1,500, 2,500, or 3,500 ms after presentation of the memory cue. Contrary to what can be expected from previous studies, the results show that memory of spatial cues can transiently delay speeded discrimination of stimuli presented at remembered locations. This effect was not observed in a control experiment without memory requirements. Furthermore, delayed discrimination was dependent on the strength of actual memory representations as reflected by accuracy of memory-guided saccades. The spatial distribution of the observed discrimination inhibition showed a center-surround-organization reminiscent of activation patterns of local neuronal networks in prefrontal and visual cortex. An active inhibitory mechanism is proposed that counteracts facilitating effects of spatial working memory, promoting flexible orienting to novel information during maintenance of spatial memoranda for intended actions. Inhibitory delay-period activity in prefrontal cortex is a likely source for this mechanism which may be mediated by prefronto-tectal projections.

In meiner Dissertation untersuche ich das Paarungs- und Fortpflanzungsverhalten des Europäischen Grasfrosches (Rana temporaria) in einem evolutionären Kontext. Mein Ziel ist es zu verstehen, welche Mechanismen zur Bildung von Paaren führen, ob die Partnerwahl die Paarungsmuster erklärt, die wir beobachten können, und ob es evolutive Vorteile gibt, die sich aus der Paarung mit einem bestimmten Partner ergeben. Die Suche nach und die Konkurrenz um Paarungspartner führt zur Entwicklung verschiedener Paarungssysteme, Strategien und Taktiken, um den Reproduktionserfolg während der gesamten Lebensdauer zu erhöhen. Das Paarungsverhalten wird durch natürliche und sexuelle Selektion beeinflusst, wobei beide in unterschiedliche Richtungen wirken können. Für die meisten Individuen ist das Überleben unerlässlich, um sich so oft wie möglich zu reproduzieren, und dadurch die reproduktive Gesamtfitness zu erhöhen. Andererseits könnte ein auffälliges Verhalten bei der Fortpflanzung das Prädationsrisiko erhöhen. Der Akt der Paarung selbst kann bereits mit Risiken verbunden sein, welche sich auf die Überlebensraten auswirken können. Durch sexuelle Selektion könnten bestimmte sekundäre Geschlechtsmerkmale begünstigt werden, entweder aufgrund von Vorteilen im Wettbewerb innerhalb eines Geschlechts (intrasexuell), oder aufgrund spezifischer Präferenzen zwischen den Geschlechtern (intersexuelle Selektion). Damit sich die Partnerwahl entwickeln kann, muss der gewählte Paarungspartner Vorteile aufweisen, von denen der wählende Partner profitiert, denn die Wahl ist mit energetischen Kosten und zeitlichem Aufwand verbunden. Als Frühlaicher muss der Europäische Grasfrosch mit einem eingeschränktem Paarungszeitraum umgehen. Die Männchen konkurrieren um den Zugang zu Weibchen und es wird angenommen, dass sich Weibchen während der Paarung und Reproduktion passiv verhalten, da der hohe "Männchen-Überschuss" keine Wahl zulassen würde. Aus evolutionärer Sicht sollten Weibchen jedoch das wählerische Geschlecht sein und entscheiden mit wem sie sich paaren, da sie mehr Energie in die Eierproduktion investieren. / In my thesis, I examine the mating and reproductive behaviour of the European Common Frog (Rana temporaria) in an evolutionary context. I aim to understand which mechanisms lead to the formation of pairs, if mate choice shapes the patterns of mating that we can observe and if there are benefits derived from pairing with a specific mate. The search and competition for mating partners lead to the evolution of various mating systems, strategies and tactics to increase lifetime reproductive success. The mating behaviour is influenced by natural and sexual selection, whereby both could act in different directions. For most individuals, survival is essential in order to reproduce as often as possible to increase lifetime reproductive fitness. On the other hand, reproduction could increase predation risk due to conspicuous behaviour and risks associated with mating itself. Sexual selection could favour specific secondary sexual traits, either due to advantages in intrasexual competition, or by specific preferences of the choosy sex (intersexual selection). For mate choice to evolve, there need to be benefits associated with the chosen mating partner, because choosiness involves costs in terms of energy and time constraints during mating. As an explosive breeder, the European Common Frog has to deal with time constraints during the short breeding season. The males are competing for the access to females and it is assumed that females are passive during breeding due to a high male-biased operational sex ratio. However, from an evolutionary perspective females should be the choosy sex and should decide with whom to mate, as they invest more energy into the production of eggs.

In the production of paper, the quality of the pulp is an important factor both for the productivity and for the final quality. Reliable real-time measurements of pulp quality are therefore needed. One way is to use acoustic or vibration sensors that give information-rich signals and place the sensors at suitable locations in a pulp production line. However, these sensors are not selective for the pulp properties of interest. Therefore, advanced signal processing and multivariate calibration are essential tools. The current work has been focused on the development of calibration routes for extraction of information from acoustic sensors and on signal processing algorithms for enhancing the information-selectivity for a specific pulp property or class of properties. Multivariate analysis methods like Principal Components Analysis (PCA), Partial Least Squares (PLS) and Orthogonal Signal Correction (OSC) have been used for visualization and calibration. Signal processing methods like Fast Fourier Transform (FFT), Fast Wavelet Transform (FWT) and Continuous Wavelet Transform (CWT) have been used in the development of novel signal processing algorithms for extraction of information from vibrationacoustic sensors. It is shown that use of OSC combined with PLS for prediction of Canadian Standard Freeness (CSF) using FFT-spectra produced from vibration data on a Thermo Mechanical Pulping (TMP) process gives lower prediction errors and a more parsimonious model than PLS alone. The combination of FFT and PLS was also used for monitoring of beating of kraft pulp and for screen monitoring. When using regular FFT-spectra on process acoustic data the obtained information tend to overlap. To circumvent this two new signal processing methods were developed: Wavelet Transform Multi Resolution Spectra (WT-MRS) and Continuous Wavelet Transform Fibre Length Extraction (CWT-FLE). Applying WT-MRS gave PLS-models that were more parsimonious with lower prediction error for CSF than using regular FFT-Spectra. For a Medium Consistency (MC) pulp stream WT-MRS gave predictions errors comparable to the reference methods for CSF and Brightness. The CWT-FLE method was validated against a commercial fibre length analyzer and good agreement was obtained. The CWT-FLE-curves could therefore be used instead of other fibre distribution curves for process control. Further, the CWT-FLE curves were used for PLS modelling of tensile strength and optical parameters with good results. In addition to the mentioned results a comprehensive overview of technologies used with acoustic sensors and related applications has been performed. / Vid framställning av pappersprodukter är kvaliteten på massan en viktig faktor för produktiviteten och kvalitén på slutresultatet. Det är därför viktigt att ha tillgång till tillförlitliga mätningar av massakvalitet i realtid. En möjlighet är att använda akustik- eller vibrationssensorer i lämpliga positioner vid enhetsoperationer i massaprocessen. Selektiviteten hos dessa mätningar är emellertid relativt låg i synnerhet om mätningarna är passiva. Därför krävs avancerad signalbehandling och multivariat kalibrering. Det nu presenterade arbetet har varit fokuserat på kalibreringsmetoder för extraktion av information ur akustiska mätningar samt på algoritmer för signalbehandling som kan ge förbättrad informationsselektivitet. Multivariata metoder som Principal Component Analysis (PCA), Partial Least Squares (PLS) and Orthogonal Signal Correction (OSC) har använts för visualisering och kalibrering. Signalbehandlingsmetoderna Fast Fourier Transform (FFT), Fast Wavelet Transform (FWT) och Continuous Wavelet Transform (CWT) har använts i utvecklingen av nydanande metoder för signalbehandling anpassade till att extrahera information ur signaler från vibrations/akustiska sensorer. En kombination av OSC och PLS applicerade på FFT-spektra från raffineringen i en Termo Mechnaical Pulping (TMP) process ger lägre prediktionsfel för Canadian Standard Freeness (CSF) än enbart PLS. Kombinationen av FFT och PLS har vidare använts för monitorering av malning av sulfatmassa och monitorering av silning. Ordinära FFT-spektra av t.ex. vibrationssignaler är delvis överlappande. För att komma runt detta har två signalbehandlingsmetoder utvecklats, Wavelet Transform Multi Resolution Spectra (WT-MRS) baserat på kombinationen av FWT och FFT samt Continuous Wavelet Transform Fibre Length Extraction (CWT-FLE) baserat på CWT. Tillämpning av WT-MRS gav enklare PLS-modeller med lägre prediktionsfel för CSF jämfört med att använda normala FFT-spektra. I en annan tillämpning på en massaström med relativt hög koncentration (Medium Consistency, MC) kunde prediktioner för CSF samt ljushet erhållas med prediktionsfel jämförbart med referensmetodernas fel. Metoden CWT-FLE validerades mot en kommersiell fiberlängdsmätare med god överensstämmelse. CWT-FLE-kurvorna skulle därför kunna användas i stället för andra fiberdistributionskurvor för processtyrning. Vidare användes CWT-FLE kurvor för PLS modellering av dragstyrka samt optiska egenskaper med goda resultat. Utöver de nämnda resultaten har en omfattande litteratursammanställning gjorts över området och relaterade applikationer. / QC 20100629

Der Einfluß der mütterlichen Verwandtschaft auf das soziale Verhalten ist eingehend für viele Primatenarten untersucht worden, es ist jedoch schwierig die Bedeutung der Verwandtenselektion auf die Evolution von sozialem Verhalten zu bewerten, wenn Studien auf die mütterliche Verwandtschaft begrenzt sind und die väterliche Verwandtschaft dabei völlig ignorieren. Das Ziel der vorliegenden Dissertation war die Untersuchung des Ausmaßes der väterlichen Verwandtschaft und ihr Einfluß auf die sozialen Beziehungen zwischen adulten Weibchen in einer freilebenden Gruppe von Rhesusaffen (Macaca mulatta) auf der Insel Cayo Santiago. Die wichtigsten Resultate können folgendermaßen zusammengefaßt werden: Erstens, zur Beurteilung des Ausmaßes der väterlichen Verwandtschaft wurde die Vaterschaft der zwischen 1993 und 1998 geborenen Kindern der Studiengruppe bestimmt. Die Resultate zeigten, dass die Reproduktion der Männchen innerhalb der Untersuchungszeit nicht gleich verteilt war, einige wenige Männchen zeugten viele Nachkommen, aber die Mehrzahl der potentiellen Väter reproduzierten sich gar nicht oder nur wenig. Dies führte zu einer Verwandtschaftsstruktur in der fast alle im Untersuchungszeitraum geborenen Kinder mindestens ein väterliches Halbgeschwister mit geringer Altersdifferenz hatten, d.h. entweder im selben Alter (74%) oder maximal zwei Jahre jünger oder älter als es selbst (15%). Wenn auch bei anderen Primatenarten die Reproduktion auf einige wenige Männchen beschränkt ist, dann sollte die Bedeutung der väterlichen Verwandtschaft für Primaten neu bewertet werden. Eine der wichtigsten Konsequenzen der ungleichen Reproduktion der Männchen wäre nämlich, dass viele Individuen mehr väterliche, als mütterliche Halbgeschwister in ihrem Leben haben. Zweitens, um den Einfluß der väterlichen Verwandtschaft auf die sozialen Beziehungen unter adulten Weibchen zu bewerten, wurden affiliative und aggressive Interaktionen von 34 Fokusweibchen und ihren sozialen Partnern beobachtet, die entweder ihre mütterlichen Halbschwestern, ihre väterlichen Halbschwestern oder nichtverwandte Weibchen waren. Die vorliegende Untersuchung bestätigte, dass mütterliche Halbschwestern die engsten affiliativen Beziehungen haben. Das wahrscheinlich wichtigste Resultat dieser Studie ist der Befund, dass adulte Weibchen deutlich häufiger affiliativ mit ihren väterlichen Halbschwestern als mit Nichtverwandten interagierten. Die Erkennung der väterlichen Halbschwestern war deutlicher unter Weibchen gleichen Alters als unter Weibchen unterschiedlichen Alters, wobei die affiliativen Interaktionen mit zunehmender Altersdifferenz (gemessen in Jahren) abnahmen. Dies deutet darauf hin, dass Altersnähe einen zusätzlichen regulierenden Einfluß auf affiliatives Verhalten hatte. Beweise dafür, dass sich väterliche Verwandte erkennen können, sind nur in Bezug auf affiliative Interaktionen, nicht aber auf dyadische Aggression gefunden worden, was eine kontextabhängige Verwandtenerkennung annehmen läßt. Drittens, bei der Einbeziehung weiterer Verwandtschaftskategorien zeigten die Daten, dass mütterliche Verwandte auch bei konstant gehaltenem Verwandtschaftsgrad deutlich gegenüber väterlichen Verwandten bevorzugt wurden. Dies weist darauf hin, dass die mütterliche Verwandtschaft in der untersuchten Gruppe einen größeren Einfluß auf die sozialen Beziehungen adulter Rhesusaffenweibchen hatte als die väterliche Verwandtschaft. Affiliative sowie aggressive Interaktionen nahmen mit sinkendem Verwandtschaftsgrad ab, aber entfernte Verwandte unterschieden einander immer noch von Nichtverwandten, was der Existenz einer Verwandschaftsschwelle widerspricht. Viertens, schließlich wurde die väterliche Verwandtschaft in Bezug auf Koalitionsbildungen untersucht. Eine Koalition wird gebildet, wenn ein Individuum in ein laufenden Konflikt zwischen zwei Kontrahenten eingreift, um eine Partei gegen die andere zu unterstützen. Weibliche Rhesusaffen unterstützten am häufigsten ihre mütterliche Halbschwestern. Außerdem unterstützten sie Nichtverwandte gleichen Alters häufiger als Nichtverwandte unterschiedlichen Alters. Weibchen unterstützten ihre väterlichen Halbschwestern nicht häufiger als Nichtverwandte, aber die Daten könnten auf einen indirekten Beweis der väterlichen Verwandtenerkennung hinweisen, da Weibchen dazu tendierten gegen ihre väterlichen Halbschwestern seltener zu intervenieren als gegen Nichtverwandte. Dieser Befund könnte durch die Tatsache bedingt sein, dass väterliche Halbschwestern sehr unterschiedliche Dominanzränge einnehmen können, währenddessen mütterliche Halbschwestern immer benachbarte Dominanzränge haben, was zur Folge hat, dass ein rangtiefes Weibchen ihrer väterlichen Halbschwester nicht wirklich helfen kann, da sie ein viel höheres Vergeltungsrisiko auf sich nimmt, wenn sie in einen Konflikt zwischen zwei ranghöhere Kontrahenten interveniert. Als einen Kompromiß könnten Weibchen statt dessen vermeiden gegen ihre väterlichen Halbschwestern zu intervenieren, was darauf hindeuten könnte, dass individuelle Zwänge bezüglich der eigenen Konkurrenzfähigkeit eine bedeutende Rolle bei der Koalitionsbildung spielen. Mütterliche und väterliche Halbschwestern zeigten zudem einen stärkeren Trend zu "reciprocity" und "interchange" als Nichtverwandte und gaben einander einen höheren Anteil an kostenintensiven Unterstützungen. Schließlich unterstreichen die Ergebnisse dieser Studie deutlich, dass Vertrautheit zwischen Individuen durch frühkindliche Bindungen mindestens auf zwei Wegen erfolgen kann: (i) Mütter vermitteln Vertrautheit zwischen ihren Kindern (die mütterliche Halbgeschwister sind) aufgrund der durch die Laktation bedingten engen Mutter-Kind Bindung und (ii) Altersnähe vermittelt mehr Vertrautheit zwischen Altersgenossen (die entweder väterliche Halbgeschwister oder Nichtverwandte sind), die wichtige Lebensabschnitte wie z.B. Kindheit, Menstruationsbeginn, Schwangerschaft oder Mutterschaft zu ähnlichen Zeiten durchlaufen, während Weibchen unterschiedlichen Alters dies nicht tun. In jedem Fall brauchen väterliche Halbgeschwister neben der Vertrautheit zu ihren Altersgenossen noch einen zusätzlichen Mechanismus wie z.B. das "phenotype matching" um innerhalb ihrer Altersgenossen wirklich zwischen väterlichen Halbgeschwistern und Nichtverwandten zu unterscheiden. / The impact of maternal kinship on social behaviour has been studied in detail for many primate species, but it is difficult to assess the importance of kin selection in shaping the evolution of social behaviour when studies are limited to maternal kin, completely ignoring paternal kinship. This thesis aimed to investigate the extent of paternal kinship and its impact on the social relationships among adult females in one group of free-ranging rhesus macaques (Macaca mulatta) living on the island of Cayo Santiago. The main findings can be summarised as follows: Firstly, in order to access the extent of paternal kinship, paternity has been analysed for all infants of the study group born between 1993 and 1998. Results revealed that male reproduction was highly skewed over the study period as few males have sired a high number of offspring, but the majority of potential sires have sired no or few offspring. This created a kinship structure in which nearly all animals born during the study period had at least one paternal half-sibling in close age proximity, i.e., either of the same age (74%) or within a two-year age difference of themselves (15%). Assuming that male reproductive success is also skewed in other primate species, then the importance of paternal kinship in primate societies should be re-emphasised. One of the most important consequences of male reproductive skew is that many individuals will have more paternal than maternal half-siblings during their life time. Secondly, in order to access the impact of paternal kinship on the social relationships among adult females, focal data on affiliation and aggression have been collected on 34 adult females with respect to their social partners who were either their maternal half-sisters, paternal half-sisters or unrelated females. The present study confirmed that the closest affiliative relationships characterise maternal half-sisters. Probably the most important result of this study was the finding that adult females were significantly more affiliative with their paternal half-sisters than with their non-kin. The recognition of paternal sisters was more pronounced among females of the same age than among females of different age, with a decrease in affiliation as the exact age difference (measured in years) increased among paternal half-sisters. This indicates that age proximity had an additional regulatory effect upon affiliative behaviour. However, evidence for paternal kin discrimination was only found with respect to affiliation, but not with respect to dyadic aggression suggesting context-dependent kin discrimination. Thirdly, when more kin categories were included in the analysis, adult females showed a strong bias towards maternal kin in comparison to paternal kin. This bias towards maternal kin when the degree of relatedness was held constantly suggests, that maternal kinship had a larger impact on the social relationships among adult female rhesus macaques than paternal kinship at least in the study group. Both affiliation and aggression declined with decreasing degrees of relatedness, but distant kin still differentiated each other from non-kin contradicting the existence of a relatedness threshold. Fourthly, paternal kinship was finally investigated with respect to coalition formation. A coalition is formed when an individual intervenes in an ongoing conflict between two opponents in order to support one party against the other. Female rhesus macaques intervened most often on behalf of their maternal half-sisters. In addition, unrelated female peers supported each other more often than unrelated female non-peers. Females did not support their paternal half-sisters more often than non-kin, but data may indicate indirect evidence for paternal kin discrimination as females tended to target their paternal half-sisters less often than non-kin. This finding might be due to the fact, that paternal half-sisters can be very different in rank, while maternal half-sisters are of adjacent rank, implying that a low-ranking female cannot provide actual help to her paternal half-sisters, as she may risk a higher probability of retaliation when intervening in a conflict between two higher-ranking opponents. As a compromise, females may instead avoid to target their paternal half-sisters, suggesting that constraints to an individuals own competitive ability play an important role in coalition formation. Maternal and paternal half-sisters showed a stronger trend in reciprocity and interchange than non-kin and also provided a higher proportion of costly interventions towards each other. Finally, the results of the present study strongly suggest that familiarity among individuals can arise through association in early development by at least two alternatives: (i) mothers mediating familiarity among their offspring (which are maternal half-siblings) caused by the close mother-offspring relationship during lactation and (ii) age proximity is mediating familiarity among age mates (including both paternal related and unrelated peers) as peers go through important life history stages such as infancy, menarche, pregnancy or motherhood at similar times while females of different age do not. In any case, paternal half-siblings additionally need a mechanism such as phenotype matching to discriminate paternal half-siblings from non-kin even within their peer group.

This thesis focuses on image processing using wavelet transform. The usage of wavelet transform is analysed especially for image compression and image noise reduction purposes. The analysis describes in detail aspects and application of the following wavelet transform methods: CWT, DWT, DTWT, 2D DWT. The thesis further explains the meaning of the mother wavelet and studies certain specific kinds of wavelets, kinds of thresholding and its purposes and also touches on the JPEG2000 standard. Mathematica and Sage software packages were used to design algorithms for image compression and image noise reduction, utilising relevant wavelet transform findings. The concluding part of the thesis compares the two software packages and results obtained using different algorithms.

Este trabalho tem seu foco na monitoração dos processos de usinagem das máquinas ferramentas sem a utilização de sensores dedicados à medição direta das grandezas mecânicas envolvidas no processo de usinagem em si. Assim sendo, optou-se por um método de medição indireta utilizando um estimador de potência e torque baseado nas grandezas elétricas na entrada de energia do motor de indução da máquina ferramenta. O núcleo central do trabalho consiste na medição de processos de usinagem utilizando um dinamômetro de alta precisão próprio para máquina ferramenta para obter os valores médios e os modos de vibração do processo máquina ferramenta-usinagem e fazer a confrontação com os mesmos dados obtidos pelo estimador de torque. A pesquisa realizada utilizou ferramentas clássicas de processamento de sinais, como é o caso da FFT, assim como duas poderosas ferramentas atuais, a transformada de wavelet (WT) e a transformada de Hilbert-Huang (HHT). Em adição foi utilizado um processo de otimização para a determinação dos parâmetros do motor de indução on-line baseado em uma metaheurística denominada busca de harmonia (Harmony Search HS) / This work focuses on monitoring the machining processes in machine tools without the use of dedicated transducers to directly measure mechanicals quantities of the machining process. The approached method used the option of measuring the power and torque through a estimator based in the electrical quantities in the input of the induction motor used by machine tool. The core of the work consists in the measuring the mechanical processes of machining using a high precision dynamometer specified to machine tool to get the average values of mechanical quantities and the vibration modes of the set machine tool-machining process, the objective is to compare the same data group got from dynamometer and estimator. The research data was based on classical analysis tool such as Fourier transform (FFT) and on modern powerful tools such as wavelet transforms (WT) and Hilbert-Huang transform (HHT). To refine the measuring process of average values of torque and power using the induction motor a method to estimates the motor parameters was added based on an optimization method named harmony search (HS).

Este trabalho tem seu foco na monitoração dos processos de usinagem das máquinas ferramentas sem a utilização de sensores dedicados à medição direta das grandezas mecânicas envolvidas no processo de usinagem em si. Assim sendo, optou-se por um método de medição indireta utilizando um estimador de potência e torque baseado nas grandezas elétricas na entrada de energia do motor de indução da máquina ferramenta. O núcleo central do trabalho consiste na medição de processos de usinagem utilizando um dinamômetro de alta precisão próprio para máquina ferramenta para obter os valores médios e os modos de vibração do processo máquina ferramenta-usinagem e fazer a confrontação com os mesmos dados obtidos pelo estimador de torque. A pesquisa realizada utilizou ferramentas clássicas de processamento de sinais, como é o caso da FFT, assim como duas poderosas ferramentas atuais, a transformada de wavelet (WT) e a transformada de Hilbert-Huang (HHT). Em adição foi utilizado um processo de otimização para a determinação dos parâmetros do motor de indução on-line baseado em uma metaheurística denominada busca de harmonia (Harmony Search HS) / This work focuses on monitoring the machining processes in machine tools without the use of dedicated transducers to directly measure mechanicals quantities of the machining process. The approached method used the option of measuring the power and torque through a estimator based in the electrical quantities in the input of the induction motor used by machine tool. The core of the work consists in the measuring the mechanical processes of machining using a high precision dynamometer specified to machine tool to get the average values of mechanical quantities and the vibration modes of the set machine tool-machining process, the objective is to compare the same data group got from dynamometer and estimator. The research data was based on classical analysis tool such as Fourier transform (FFT) and on modern powerful tools such as wavelet transforms (WT) and Hilbert-Huang transform (HHT). To refine the measuring process of average values of torque and power using the induction motor a method to estimates the motor parameters was added based on an optimization method named harmony search (HS).