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2015-06-11T16:06:30Z
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Naturwissenschaften - Literatursuche elektronisch in Freiburg
Reimers, Frank
Naturwissenschaften
Biologie
Chemie
Literaturdatenbank
Online-Literaturrecherche
Online-Ressource
Die Publikation stellt die von der Universitätsbibliothek Freiburg im Breisgau zur Verfügung gestellten elektronischen Publikationen für die Naturwissenschaften vor. Im Vordergrund steht die Beschreibung der Vorgehensweise bei der elektronischen Literaturrecherche. Anhand eines konkreten Suchbeispiels werden Aufbau und Recherche-Möglichkeiten der bibliographischen Fachdatenbanken erläutert.
2008
ger
other_doctype
pdf
free
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https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-opus-1738
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2019-01-24T11:36:35Z
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Geräusche des Wassers und der Luft in der freien Natur
Wimmenauer, Wolfhard
Wasser
Luft
Geräusch
Online-Ressource
1993
ger
article
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Friedrich-Husemann-Klinik 1993. - Buchenbach-Wiesneck, 1993. - 2-10
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2015-04-29T10:21:49Z
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Weights and measures in Islam
Rebstock, Ulrich
Islam
Gewicht
Maßeinheit
Online-Ressource
2008
eng
article
pdf
Helaine Selin (Hrsg.): Encyclopaedia of the history of science, technology, and medicine in non-Western cultures. Berlin: Springer, 2008, S. 2255-2267, ISBN: 978-1-4020-4559-2
free
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https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-opus-83864
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2016-04-22T10:19:59Z
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Determining optimal cut-offs in the meta-analysis of diagnostic test accuracy studies
Steinhauser, Susanne
Medizinische Statistik
Biometrie
Metaanalyse
Biomarker
Trennwert
Für systematische Übersichtsarbeiten über Diagnosestudien, bei denen einige Studien mehr als einen cut-off Wert und die dazugehörige Sensitivität und Spezifität berichten, gibt es momentan keinen weit verbreiteten Metaanalyseansatz, der diese Informationen nutzt. Das traditionelle bivariate Modell zum Beispiel geht lediglich von einem Paar Sensitivität und Spezifität pro Studie aus. Gibt es aber mehr Informationen, ist es sehr sinnvoll diese zu nutzen.<br>Wir möchten einen neuen Ansatz beschreiben, der genau diese Art von Daten verwendet. Die Grundidee ist, die Verteilungsfunktion des zugrundeliegenden Biomarkers jeweils in der Gruppe der gesunden und der der kranken Patienten zu schätzen. Wir machen einen parametrischen Ansatz (normal oder logistisch verteilter Biomarker) und schätzen unterschiedliche Verteilungsparameter für die beiden Gruppen. Dies wird durch lineare Regression der (probit bzw. logit) transformierten Verhältnisse negativer Testergebnisse in den beiden Gruppen mithilfe eines gemischten Modells erreicht, wobei Studie als Gruppierungsfaktor fungiert. Dabei stellen wir eine Vielzahl von möglichen gemischten Modellen vor. Hat man beide Verteilungsfunktionen geschätzt, geben diese die Werte der gepoolten Sensitivität und Spezifität für einen spezifischen cut-off und die geschätzte summary receiver operating characteristic (SROC) Kurve folgt direkt. Außerdem bildet die Differenz der Verteilungsfunktionen den Youndenindex, weshalb die Bestimmung des optimalen cut-offs über alle Studien hinweg durch Maximieren des Youdenindexes möglich ist. <br>Der neue Ansatz wird anhand von mehreren Beispielen demonstriert, die fast alle zu sehr überzeugenden Ergebnissen führen. Eine ausführliche Simulationsstudie wurde durchgeführt, die Stärken und Grenzen des Ansatzes aufzeigt.
In some systematic reviews of diagnostic test accuracy studies several studies report more than one cut-off value and the corresponding values of sensitivity and specificity. But until now there is no widely-used meta-analysis approach using this information. For example, the traditional bivariate model only assumes one pair of sensitivity and specificity per study. But as there is more information available, it is only reasonable to make use of it. <br>That is why we describe a new approach utilizing such data. It is based on the idea of estimating the distribution functions of the underlying biomarker in the non-diseased and diseased study population. We assume a normal or logistic distributed biomarker and estimate different distribution parameters in both groups. This is achieved through a linear regression of the (probit or logit) transformed proportions of negative test results of the non-diseased and diseased individuals, respectively, using a mixed effects model with study as grouping factor. We present a number of possible mixed models. Once both distribution functions are estimated, these give the pooled sensitivity and specificity at a specific cut-off and the summary receiver operating characteristic (SROC) curve follows directly. Furthermore, the difference of the distribution functions is the Youden index, so that the determination of an optimal cut-off across studies is possible through maximization of the Youden index.<br>The approach is applied to several examples, almost all leading to convincing results. An extensive simulation study was realized, showing strengths and limitations of the approach.
2015
eng
master_thesis
pdf
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/10827
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-108273
https://doi.org/10.6094/UNIFR/10827
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oai:freidok.uni-freiburg.de:11549
2018-01-22T15:17:14Z
pub-type:doctoral_thesis
ddc:500
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The influence of land management and simulated climate change on N2O and CH4 exchange of montane grassland soils
Lu, Haiyan
Butterbach-Bahl, Klaus
Grünland
Distickstoffmonoxidemission
Methanemission
Klimaänderung
Die terrestrische Biosphäre mit ihren natürlichen und landwirtschaftlich genutzten Ökosystemen ist eine dominante Senke und/oder Quelle klimarelevanter Spurengase wie z. B. Kohlendioxid (CO2), Lachgas (N2O) Methan (CH4) und bestimmt somit maßgeblich die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre. Insgesamt sind die Quellen von atmosphärischem N2O und CH4 zu ca. 60 % biologischen Ursprungs, mit landwirtschaftlichen Böden als eine der Hauptquellen in den jeweiligen globalen Budgets. <br>Mit etwa 5 Mio Hektar machen Grünlandböden etwa 30% der landwirtschaftlich genutzten Fläche in Deutschland aus. Eine der größten Grünlandregionen stellt dabei der alpine und vor-alpine Raum in Süddeutschland dar. Hier, und in ähnlichen Regionen in Österreich, Italien Frankreich und der Schweiz, ist die Grünlandbewirtschaftung Grundlage einer intensiven Tierhaltung zur Produktion von Milch und Fleisch und damit von hohen ökonomischen Wert. In Folge des kühlen und feuchten Klimas zeichnen sich montane Grünlandböden durch vergleichsweise hohe Gehalte von Kohlenstoff und Stickstoff aus.<br>Im Vergleich zu anderen agrarischen Ökosystemen werden die Auswirkungen des Klimawandels auf Grünlandökosysteme derzeit als besonders kritisch angesehen. Dies begründet sich erstens aus der hohen Sensitivität der Kohlenstoff- und Stickstoffvorräte auf Änderungen des Temperatur und Niederschlagsregimes sowie auf Änderungen der Bewirtschaftung. Zweitens gehen Klimavorhersagen davon aus das die Voralpen und Alpen Regionen besonders stark vom Klimawandel betroffen sein werden, z.B. durch einen im Vergleich zum globalen Mittel doppelt so hohen Temperaturanstieg sowie deutlich stärkeren hydrologischen Extremen wie Trockenheit und Starkregen. <br>Biogeochemische Bodenprozesse, wie Kohlenstoff- und Stickstoffumsetzungen, sind sensitiv gegenüber Klimawandel und jede Veränderung wird sich auch auf den Treibhausgasaustausch montaner Grünlandböden mit der Atmosphäre auswirken. Zur Untersuchung, wie das Klima und die Bewirtschaftung N2O und CH4 Flüsse in montanen Grünlandökosystemen beeinflusst, betreibt das Karlsruhe Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-IFU) das TERENO Bayrische Alpen / Voralpen Observatorium mit mehreren Untersuchungsstandorten im Ammer Einzugsgebiet. Ziel der TERENO Initiative ist es die langfristigen ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Auswirkungen des globalen Wandels auf regionaler Skala mittels interdisziplinärer und umfassender Datensätze von terrestrischen Ökosystemen zu katalogisieren.<br>Im TERENO Bayrische Alpen / Voralpen Observatorium führt das IMK-IFU an drei Standorten in unterschiedlicher Höhenlage und damit unterschiedlichen Klimabedingungen (E860: Graswang 860 ü. NN; E770 Rottenbuch ü. NN, E600: Fendt 600 ü. NN) Untersuchungen zur Auswirkung des Klimawandels auf Grünlandökosysteme durch. Hierzu wurden insgesamt 36 große Lysimeter (Durchmesser 1.12m, Höhe 1.4m, 2-3 t Boden) mit ungestörten Grünlandböden zum Teil entlang des Höhengradienten versetzt, wodurch die zukünftig zu erwartenden Klimabedingungen (+2.1°C) simuliert werden, während der andere Teil als Kontrollvariante an den ursprünglichen Standorten betrieben wird. Zusätzlich zu diesem „space for time“ in-situ Klimawandel-Ansatz, wurden die Lysimeter in intensives und extensives Grünlandmanagement aufgeteilt, d.h. es werden die zwei gängigen Bewirtschaftungsmaßnahmen mit hohen Gaben von Wirtschaftsdünger und multiplen Grasschnitten (bis zu fünf) einer extensiven Bewirtschaftung mit max. 2 Grasschnitten gegenübergestellt. Mit Ausnahme von manuellen statischen Kammermessungen am Standort E860, wurden die N2O und CH4 Flüsse hauptsächlich mittels neuer automatischer Messroboter in hoher zeitlicher Auflösung gemessen.<br>In meiner Doktorarbeit habe ich einen einmaligen Datensatz zu N2O und CH4 Flüssen von montanen Grünlandökosystemen mit unterschiedlichem Klima und Bewirtschaftung erarbeitet, der den Zeitraum von drei Jahren umfasst (Dezember 2011- Dezember 2014). Die Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten montanen Grünlandböden jährlich zwischen 0.09 und 3.11 kg N ha-1 Jahr-1 emittieren. Damit waren die N2O Emissionen im Vergleich zu z.B. intensiv gedüngten Ackerböden vergleichsweise niedrig. Überraschen war auch das entgegen der Erwartung Unterschiede zwischen intensiver (280 kg N Zufuhr ha-1 mit Gülle) und extensiver (56 kg N Zufuhr ha-1 mit Gülle) Bewirtschaftung in Bezug auf die Höhe der N2O Emissionen nicht signifikant waren. Hauptgründe für die niedrigen N2O Emissionen ist einerseits die hohe Stickstoffaufnahme der Pflanzen sowie andererseits die Dominanz von N2 über N2O Emissionen in der Denitrifikation. Das annuelle N2O Budget wurde stark (>70%) von „Hot Moments“ wie Frost-Tau, Niederschlags und Düngeereignissen geprägt, so dass generelle Korrelationen mit Bodenumweltfaktoren wie Feuchte und Temperatur nicht signifikant waren. Die bisherigen die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass der simulierte Klimawandel in den ersten Jahren der Studie nur eine geringe Auswirkung auf die N2O Quellstärke der untersuchten montanen Grünlandsysteme hatte. Weiterhin wurden leicht erhöhte N2O Emissionen in Folge von Düngung unter Klimawandelbedingungen, weitestgehend von höheren N2O Emissionen in Folge von Frost-Tau Ereignissen in den Kontrollvarianten kompensiert.<br>Der CH4 Austausch von montanen Grünlandökosystemen mit der Atmosphäre war überwiegend durch CH4 Aufnahme in den Boden geprägt, mit Ausnahme von CH4 Emissionen während nasser/ anaerober Bedingungen wie z.B. der Schneeschmelze bzw. von kurzzeitig auftretenden Pulsemissionen direkt nach Gülleapplikation. Jährliche Aufnahmeraten variierten zwischen -1.99 und -0.25 kg CH4-C ha-1 Jahr-1, mit einem nicht signifikanten Trend zu niedrigeren Aufnahmeraten unter intensiver Bewirtschaftung. Unter Berücksichtigung der hohen CH4 Emissionen direkt nach Wirtschaftsdüngerausbringung verringert sich die pedogene CH4-Senke unter intensiver und extensiver Bewirtschaftung, je nach Anzahl von Düngeereignissen (5 versus 2), um 40% und 10%. Insgesamt zeigten die CH4 Flüsse eine ausgeprägte Saisonalität mit höchsten Aufnahmeraten im Sommer, d.h. unter warmer und zumeist trockeneren Bodenbedingungen im Vergleich zu anderen Jahreszeiten. Im Gegensatz zu den N2O Emissionen, führten die wärmeren und besser belüfteten Bodenbedingungen unter den simulierten Klimawandelbedingungen daher auch zu generell höheren CH4 Aufnahmeraten, die jedoch nur im 3. Untersuchungsjahr signifikant waren. <br>Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass der Klimawandel bisher nur geringfügige Auswirkungen auf N2O Emissionen aus montanen Grünländern hat und dass trotz der gesteigerten CH4 Aufnahme, aufgrund der allgemein niedrigen Flüsse, klimainduzierte Änderungen in der Gesamt-Treibhausgasbilanz montaner Grünlandökosysteme eher durch Änderungen im Kohlenstoffkreislauf zu erwarten sind.
2016
eng
doctoral_thesis
pdf
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/11549
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-115491
https://doi.org/10.6094/UNIFR/11549
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/11549
oai:freidok.uni-freiburg.de:11674
2022-09-05T12:06:42Z
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ddc:570
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Lessons learned from quantitative dynamical modeling in systems biology
Raue, Andreas
Schilling, Marcel
Bachmann, Julie
Schelke, Max
Kaschek, Daniel
Kreutz, Clemens
Timmer, Jens
Due to the high complexity of biological data it is difficult to disentangle cellular processes relying only on intuitive interpretation of measurements. A Systems Biology approach that combines quantitative experimental data with dynamic mathematical modeling promises to yield deeper insights into these processes. Nevertheless, with growing complexity and increasing amount of quantitative experimental data, building realistic and reliable mathematical models can become a challenging task: the quality of experimental data has to be assessed objectively, unknown model parameters need to be estimated from the experimental data, and numerical calculations need to be precise and efficient. Here, we discuss, compare and characterize the performance of computational methods throughout the process of quantitative dynamic modeling using two previously established examples, for which quantitative, dose- and time-resolved experimental data are available. In particular, we present an approach that allows to determine the quality of experimental data in an efficient, objective and automated manner. Using this approach data generated by different measurement techniques and even in single replicates can be reliably used for mathematical modeling. For the estimation of unknown model parameters, the performance of different optimization algorithms was compared systematically. Our results show that deterministic derivative-based optimization employing the sensitivity equations in combination with a multi-start strategy based on latin hypercube sampling outperforms the other methods by orders of magnitude in accuracy and speed. Finally, we investigated transformations that yield a more efficient parameterization of the model and therefore lead to a further enhancement in optimization performance. We provide a freely available open source software package that implements the algorithms and examples compared here.
2013
eng
article
PDF
PLoS one. 8, 9 (2013), e74335. DOI 10.1371/journal.pone.0074335, ISSN: 1932-6203
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/11674
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-116743
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0074335
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2018-07-17T13:19:25Z
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Weakly coupled systems of conservation laws on moving surfaces
Korsch, Andrea
Schwach gekoppeltes System
In this thesis we consider weakly coupled systems of nonlinear hyperbolic conservation laws on moving surfaces. Here weakly coupled means that the coupling is realized by a source term which only depends on space and time variables and the unknown function but not on its derivatives. The velocity of the surface without boundary is given by a smooth function. In this context, we can prove with some assumptions on the given functions an existence and uniqueness result for an entropy solution.
In dieser Arbeit betrachten wir schwach gekopplte Systeme nicht linearer hyperolischer Erhaltungsgleichungen auf bewegten Oberflächen. Schwach gekoppelt bedeutet hier, dass die Kopplung über eine Quellfunktion realisiert wird, die nur von den Zeit- und Ortsvariablen und der gesuchten Funktion abhängt, aber nicht von deren Ableitungen. Die Geschwindigkeit der randlosen Fläche ist durch eine glatte Funktion gegeben. In diesem Kontext können wir unter Voraussetzungen an die gegebenen Funktionen ein Existenz- und Eindeutigkeitsresultat für die Entropielösung beweisen.
2017
eng
doctoral_thesis
pdf
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/11821
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-118213
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oai:freidok.uni-freiburg.de:11884
2022-09-05T12:06:58Z
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ddc:577
ddc:500
ddc:333
ddc:570
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Meta-analysis: a need for a well-defined usage in ecology and conservation biology
Vetter, Daniela
Rücker, Gerta
Storch, Ilse
Definition
Meta-analysis is a powerful research summarization technique. In the medical field, for example, meta-analysis is an indispensable tool as part of systematic reviews for healthcare decision making. The advantages of meta-analysis have also been recognized in the fields of ecology and conservation biology with the method becoming increasingly popular since the 1990s. ‘‘Meta-analysis’’, however, is not well-defined in these fields, but is regularly confused with other summary analysis techniques, such as multiple regression methods, vote-counting or other quantitative analyses. We argue that this vague and inconsistent utilization of the term is problematic, because a meta-analysis typically provides scientifically rigorous results. We therefore advocate a consistent and well-defined usage of the term in our disciplines, based on the standardized definition applied in the medical sciences. We searched the Web of Knowledge for meta-analyses in the subject area ‘‘biodiversity conservation’’ and evaluated the usage of the term ‘‘meta-analysis’’. Based on meta-analysis literature from the medical sciences, we<br>determined steps that in our opinion are mandatory when performing meta-analysis and rated articles according to these steps. In the first round of rating, we assessed the usage of four ‘‘technical’’ steps that are normally applied in meta-analytical software. In the second round, we only evaluated the highly rated articles from the first round. We considered three steps regarding more qualitative aspects of interpretation and results presentation. Of the 133 evaluated articles in the first round, only 45% fulfilled all technical<br>requirements for a meta-analysis, while 25% did not fulfill any of the requisite steps. In the second round, only one article of 83 fulfilled all requisite steps, while 22% did not fulfill any requirement. Our findings highlight the ambiguous and vague usage of the term ‘‘meta-analysis’’ in ecology and conservation biology and underline the importance of a consistent and clear definition. We conclude with recommendations on how the term should be applied in the future.
2013
eng
article
pdf
Ecosphere. 4 (2013), art74, DOI 10.1890/ES13-00062.1, ISSN: 2150-8925
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/11884
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-118845
https://doi.org/10.1890/ES13-00062.1
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/11884
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2022-09-05T12:06:59Z
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ddc:500
ddc:570
ddc:572
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Acetylation of human TCF4 (TCF7L2) proteins attenuates inhibition by the HBP1 repressor and induces a conformational change in the TCF4::DNA complex
Elfert, Susanne Claudia
Weise, Andreas
Rose, Katja
Biniossek, Martin L.
Jägle, Sabine
Senghaas, Niklas
Hecht, Andreas
DNS-Bindungsproteine
Luciferasen
Phosphorylierung
Synthetische Peptide
Transkriptionsfaktor
The members of the TCF/LEF family of DNA-binding proteins are components of diverse gene regulatory networks. As<br>nuclear effectors of Wnt/ß-catenin signaling they act as assembly platforms for multimeric transcription complexes that either repress or activate gene expression. Previously, it was shown that several aspects of TCF/LEF protein function are regulated by post-translational modification. The association of TCF/LEF family members with acetyltransferases and deacetylases prompted us to investigate whether vertebrate TCF/LEF proteins are subject to acetylation. Through co-expression with p300 and CBP and subsequent analyses using mass spectrometry and immunodetection with anti-acetyl-lysine antibodies we show that TCF4 can be acetylated at lysine K150 by CBP. K150<br>acetylation is restricted to TCF4E splice variants and requires the simultaneous presence of ß-catenin and the unique TCF4E C-terminus. To examine the functional consequences of K150 acetylation we substituted K150 with amino acids representing the non-acetylated and acetylated states. Reporter gene assays based on Wnt/ß-catenin-responsive promoter regions did not indicate a general role of K150<br>acetylation in transactivation by TCF4E. However, in the presence of CBP, non-acetylatable TCF4E with a K150<br>R substitution was more susceptible to inhibition by the HBP-1 repressor protein compared to wild-type TCF4E. Acetylation of K150 using a bacterial expression system or amino acid substitutions at K150 alter the electrophoretic properties of TCF4E::DNA complexes. This result suggests that K150<br>acetylation leads to a conformational change that may also represent the mechanism whereby acetylated TCF4E acquires resistance against HBP1. In summary, TCF4 not only recruits acetyltransferases but is also a substrate for these enzymes. The fact that acetylation affects only a subset of TCF4 splice variants and is mediated preferentially by CBP suggests that the conditional acetylation of TCF4E is a novel regulatory mechanism that diversifies the transcriptional output of Wnt/ß-catenin signaling in response to changing intracellular signaling milieus.
2013
eng
article
pdf
PLoS ONE. 8, 4 (2013), e61867, DOI 10.1371/journal.pone.0061867, ISSN: 1932-6203
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/11890
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https://doi.org/10.1371/journal.pone.0061867
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2022-09-05T12:07:05Z
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ddc:630
ddc:632
ddc:570
ddc:577
ddc:500
ddc:571
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Model-based estimation of pesticides and transformation products and their export pathways in a headwater catchment
Gassmann, Matthias
Stamm, Christian
Olsson, Oliver
Lange, Jens
Weiler, Markus
Abstract. <br>Pesticides applied onto agricultural fields are frequently found in adjacent rivers. To what extent and along which pathways they are transported is influenced by intrinsic pesticide properties such as sorption and degradation. In the environment, incomplete degradation of pesticides leads to the formation of transformation products (TPs), which may differ from the parent compounds regarding their intrinsic fate characteristics. Thus, the export processes of TPs in catchments and streams may also be different. In order to test this hypothesis, we extended a distributed hydrological model by the fate and behaviour of pesticides and transformation products and applied it to a small, well-monitored headwater catchment in Switzerland. The successful model evaluation of three pesticides and their TPs at three sampling locations in the catchment enabled us to estimate the quantity of contributing processes for pollutant export. Since all TPs were more mobile than their parent compounds (PCs), they exhibited larger fractions of export via subsurface pathways.<br>However, besides freshly applied pesticides, subsurface export was found to be influenced by residues of former applications. Export along preferential flow pathways was less dependent on substance fate characteristics than soil matrix export, but total soil water flow to tile drains increased more due to preferential flow for stronger sorbing substances. Our results indicate that runoff generation by matrix flow to tile drains gained importance towards the end of the modelling period whereas the contributions from fast surface runoff and preferential flow decreased. Accordingly, TPs were to a large extent exported under different hydrological conditions than their PCs, due to their delayed formation and longer halflives.<br>Thus, not only their different intrinsic characteristics but also their delayed formation could be responsible for the fact that TPs generally took different pathways than their PCs. We suggest that these results should be considered in risk assessment for the export of agricultural chemicals to adjacent rivers and that models should be extended to include both PCs and TPs.
2013
eng
article
pdf
Hydrology and Earth System Sciences. 17 (2013), 5213-5228, DOI 10.5194/hess-17-5213-2013, ISSN: 1607-7938
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/11954
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-119542
https://doi.org/10.5194/hessd-10-9847-2013
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oai:freidok.uni-freiburg.de:11960
2022-09-05T12:07:05Z
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ddc:500
ddc:572
ddc:570
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Characterization and phylogenetic analysis of the mitochondrial genome of Glarea lozoyensis indicates high diversity within the order Helotiales
Youssar, Loubna
Grüning, Björn
Günther, Stefan
Hüttel, Wolfgang
Background: Glarea lozoyensis is a filamentous fungus used for the industrial production of non-ribosomal peptide pneumocandin B0. In the scope of a whole genome sequencing the complete mitochondrial genome of the fungus has been assembled and annotated. It is the first one of the large polyphyletic Helotiaceae family. A phylogenetic analysis was performed based on conserved proteins of the oxidative phosphorylation system in mitochondrial genomes.<br><br>Results: The total size of the mitochondrial genome is 45,038 bp. It contains the expected 14 genes coding for proteins related to oxidative phosphorylation,two rRNA genes, six hypothetical proteins, three intronic genes of which two are<br>homing endonucleases and a ribosomal protein rps3. Additionally there is a set of 33 tRNA genes. All genes are located on the same strand. Phylogenetic analyses based on concatenated mitochondrial protein sequences confirmed that G. lozoyensis belongs to the order of Helotiales and that it is most closely related to Phialocephala subalpina. However, a<br>comparison with the three other mitochondrial genomes known from Helotialean species revealed remarkable differences in size, gene content and sequence. Moreover, it was found that the gene order found in P. subalpina and Sclerotinia sclerotiorum is not conserved in G. lozoyensis.<br><br>Conclusion: The arrangement of genes and other differences found between the mitochondrial genome of G. lozoyensis<br>and those of other Helotiales indicates a broad genetic diversity within this large order. Further mitochondrial genomes are required in order to determine whether there is a continuous transition between the different forms of mitochondrial genomes or G. lozoyensis belongs to a distinct subgroup within Helotiales.
2013
eng
article
PDF
PLoS ONE.Volume 8, issue 9 (2013), e74792, DOI 10.1371/journal.pone.0074792, ISSN: 1932-6203
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/11960
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-119604
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0074792
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/11960
oai:freidok.uni-freiburg.de:11962
2017-07-03T16:45:50Z
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ddc:600
ddc:616
ddc:611
ddc:571
ddc:500
ddc:570
ddc:610
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Regulation of action potential delays via voltage-gated potassium Kv1.1 channels in dentate granule cells during hippocampal epilepsy
Kirchheim, Florian
Tinnes, Stefanie
Haas, Carola A.
Stegen, Michael
Wolfart, Jakob
Hippocampus
Dissoziationskonstante
Action potential (AP) responses of dentate gyrus granule (DG) cells have to be tightly regulated to maintain hippocampal function. However, which ion channels control the response delay of DG cells is not known. In some neuron types, spike latency is influenced by a dendrotoxin (DTX)-sensitive delay current (ID) mediated by unidentified combinations of voltage-gated K+ (Kv) channels of the Kv1 family Kv1.1–6. In DG cells, the ID has not been characterized and its molecular basis is unknown. The response phenotype of mature DG cells is usually considered homogenous but intrinsic plasticity likely occurs in particular in conditions of hyperexcitability, for example during temporal lobe epilepsy (TLE). In this study, we examined response delays of DG cells and underlying ion channel molecules by employing a combination of gramicidin-perforated patch-clamp recordings in acute brain slices and single-cell reverse transcriptase quantitative polymerase chain reaction (SC RT-qPCR) experiments. An in vivo mouse model of TLE consisting of intrahippocampal kainate (KA) injection was used to examine epilepsy-related plasticity. Response delays of DG cells were DTX-sensitive and strongly increased in KA-injected hippocampi; Kv1.1 mRNA was elevated 10-fold, and the response delays correlated with Kv1.1 mRNA abundance on the single cell level. Other Kv1 subunits did not show overt changes in mRNA levels. Kv1.1 immunolabeling was enhanced in KA DG cells. The biophysical properties of ID and a delay heterogeneity within the DG cell population was characterized. Using organotypic hippocampal slice cultures (OHCs), where KA incubation also induced ID upregulation, the homeostatic reversibility and neuroprotective potential for DG cells were tested. In summary, the AP timing of DG cells is effectively controlled via scaling of Kv1.1 subunit transcription. With this antiepileptic mechanism, DG cells delay their responses during hyperexcitation.
2013
eng
article
pdf
Frontiers in cellular neuroscience. Volume 7 (2013), article 248, DOI 10.3389/fncel.2013.00248, ISSN: 1662-5102
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/11962
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-119625
https://doi.org/10.3389/fncel.2013.00248
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/11962
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2017-06-09T09:26:59Z
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ddc:363
ddc:500
ddc:510
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Broad-band Gaussian noise is most effective in improving motor performance and is most pleasant
Trenado, Carlos
Mikulic, Areh
Manjarrez, Elias
Schulte Mönting, Jürgen
Huethe, Frank
Kristeva-Feige, Rumyana
Noise
Frequenz
Stochastische Resonanz
Finger
Motor
Modern attempts to improve human performance focus on stochastic resonance (SR). SR is a phenomenon in non-linear systems characterized by a response increase of the system induced by a particular level of input noise. Recently, we reported that an optimum level of 0–15 Hz Gaussian noise applied to the human index finger improved static isometric force compensation. A possible explanation was a better sensorimotor integration caused by increase in sensitivity of peripheral receptors and/or of internal SR. The present study in 10 subjects compares SR effects in the performance of the same motor task and on pleasantness, by applying three Gaussian noises chosen on the sensitivity of the fingertip receptors (0–15 Hz mostly for Merkel receptors, 250–300 Hz for Pacini corpuscles and 0–300 Hz for all). We document that only the 0–300 Hz noise induced SR effect during the transitory phase of the task. In contrast, the motor performance was improved during the stationary phase for all three noise frequency bandwidths. This improvement was stronger for 0–300 Hz and 250–300 Hz than for 0–15 Hz noise. Further, we found higher degree of pleasantness for 0–300 Hz and 250–300 Hz noise bandwidths than for 0–15 Hz. Thus, we show that the most appropriate Gaussian noise that could be used in haptic gloves is the 0–300 Hz, as it improved motor performance during both stationary and transitory phases. In addition, this noise had the highest degree of pleasantness and thus reveals that the glabrous skin can also forward pleasant sensations.
2014
eng
article
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Frontiers in human neuroscience. Volume 8 (2014), article 22, DOI 10.3389/fnhum.2014.00022, ISSN: 1662-5161
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/11972
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-119723
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2023-11-28T10:42:29Z
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ddc:510
ddc:500
ddc:600
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Low-latency multi-threaded processing of neuronal signals for brain-computer interfaces
Fischer, Jörg Daniel
Milekovic, Tomislav
Schneider, Gerhard
Mehring, Carsten
Brain-computer interfaces (BCIs) require demanding numerical computations to transfer brain signals into control signals driving an external actuator. Increasing the computational performance of the BCI algorithms carrying out these calculations enables faster reaction to user inputs and allows using more demanding decoding algorithms. Here we introduce a modular and extensible software architecture with a multi-threaded signal processing pipeline suitable for BCI applications. The computational load and latency (the time that the system needs to react to user input) are measured for different pipeline implementations in typical BCI applications with realistic parameter settings. We show that BCIs can benefit substantially from the proposed parallelization: firstly, by reducing the latency and secondly, by increasing the amount of recording channels and signal features that can be used for decoding beyond the amount which can be handled by a single thread. The proposed software architecture provides a simple, yet flexible solution for BCI applications.
2014
eng
article
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Frontiers in neuroengineering. Volume 7 (2014), article 1, DOI 10.3389/fneng.2014.00001, ISSN: 1662-6443
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/11978
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-119781
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2022-09-05T12:07:15Z
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Automated forensic animal family identification by nested PCR and melt curve analysis on an off-the-shelf thermocycler augmented with a centrifugal microfluidic disk segment
Keller, Mark
Naue, Jana
Zengerle, Roland
Stetten, Felix von
Schmidt, Ulrike
Nested PCR remains a labor-intensive and error-prone biomolecular analysis. Laboratory workflow automation by precise control of minute liquid volumes in centrifugal microfluidic Lab-on-a-Chip systems holds great potential for such applications. However, the majority of these systems require costly custom-made processing devices. Our idea is to augment a standard laboratory device, here a centrifugal real- time PCR thermocycler, with inbuilt liquid handling capabilities for automation. We have developed a microfluidic disk segment enabling an automated nested real-time PCR assay for identification of common European animal groups adapted to forensic standards. For the first time we utilize a novel combination of fluidic elements, including pre-storage of reagents, to automate the assay at constant rotational frequency of an off-the-shelf thermocycler. It provides a universal duplex preamplification of short fragments of the mitochondrial 12S rRNA and cytochrome b genes, animal-group-specific mainamplifications, and melting curve analysis for differentiation.<br>The system was characterized with respect to assay sensitivity, specificity, risk of cross-contamination, and detection of minor components in mixtures. 92.2% of the performed tests were recognized as fluidically failure-free sample handling and used for evaluation.<br>Altogether, augmentation of the standard real-time thermocycler with a self-contained centrifugal microfluidic disk segment resulted in an accelerated and automated analysis reducing hands-on time, and circumventing the risk of contamination associated with regular nested PCR protocols.
2015
eng
article
PDF
PLoS one. 10, 7 (2015), e0131845, DOI 10.1371/journal.pone.0131845, ISSN: 1932-6203
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/12063
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-120635
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0131845
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2017-07-17T09:29:42Z
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ddc:616
ddc:579
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Multilocular facial necrosis in a young boy: a quiz
Miernik, Barbara
Casetti, Federica
Panning, Marcus
Huzly, Daniela
Technau-Hafsi, Kristin
Nekrose
Abstract is missing (Quiz)
2017
eng
article
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Acta Dermato-Venereologica. 97 (2017), 2, 299–301, DOI 10.2340/00015555-2499, ISSN: 1651-2057
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/12144
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-121448
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2018-02-12T10:19:13Z
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ddc:500
ddc:333
ddc:330
ddc:551
ddc:550
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Water scarcity, data scarcity and the Budyko curve – an application in the Lower Jordan River Basin
Gunkel, Anne
Lange, Jens
Erneuerbare Ressourcen
Energiebilanz
Wasser
Study region: <br>Lower Jordan River Basin, Eastern Mediterranean<br><br>Study focus: <br>Water scarcity and data scarcity are two of the main challenges for water management in the study region, therefore, all possible information should be extracted from<br>existing data. In this context, the Budyko framework offers possibilities not yet sufficiently explored for evaluating the water-energy balance and estimating water availabilities. In this study, we applied a parametric Budyko type equation to the Lower Jordan River basin and compared data from global products, output of the hydrological model TRAIN-ZIN as well as values from literature. The curve shape parameters of the Budyko type curve fitted on different temporal and spatial scales were used to estimate renewable water resources with publicly available data for three subbasins.<br><br>New hydrological insights for the region: <br>The adjusted Budyko curves illustrate the influence of nonclimatic factors such as vegetation or soil storage on the water-energy balance and a related relatively low efficiency of evapotranspiration, despite a high evaporative demand. Renewable water resources were estimated as 25 to 30%of precipitation in average in most cases and were more strongly affected by inter-annual variabilities than by the variance between the different derived Budyko curves.<br><br>Keywords<br>water-energy balance; Budyko curve; Lower Jordan River Basin; Renewable water resources
2017
eng
article
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Journal of hydrology - regional studies.12 (August 2017), 136-149, DOI 10.1016/j.ejrh.2017.04.004, ISSN: 2214-5818
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/12178
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2017-04-10T11:35:51Z
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Missing disease information due to death in time-to-event analyses of cohort studies
Fehlende Erkrankungsinformation aufgrund von Tod in Ereigniszeitanalysen von Kohortenstudien
Binder, Nadine
Ereignisdatenanalyse
Relatives Risiko
Fehlende Daten
Imputationstechnik
Biostatistik
In cohort studies investigating time-to-disease and collecting disease information at follow-up visits only, death may preclude observation not only of the disease time, but also the disease status, i.e., disease may be missing because of death. An ad-hoc analysis as e.g. censoring the death cases at the last time observed disease-free, typically underestimates the disease incidence, and the driving factor for the bias is differential mortality, i.e., the risk for dying differs in individuals who are diseased to those who are not diseased.<br>In this thesis, we investigate the relevance of missing disease information due to death in data analyses on time to disease with specific focus on estimating effects of covariates on disease risk. We seek for answering the following questions: (1) What is estimated by an ad-hoc Cox analysis censoring the death cases with unknown disease status at a time related to their time of death? (2) To which extent can full likelihood approaches based on multi-state models avoid bias in covariate effect estimates? (3) How often are ad-hoc analyses conducted in practice and hence studies susceptible to bias in estimates on time to disease?
2017
eng
doctoral_thesis
pdf
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/12303
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-123033
https://doi.org/10.6094/UNIFR/12303
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2017-05-08T10:45:40Z
pub-type:doctoral_thesis
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Deeply virtual compton scattering at CERN - what is the size of the proton?
Jörg, Philipp
COMPASS-Detektor
Myon-Proton-Streuung
Proton
Parton
Quark-Parton-Modell
Field programmable gate array
VMEbus
Tremendous efforts have been made to understand the Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble mechanism, which led to the successful discovery of the Higgs Boson and the clarification of the <br>orgin of the mass of fundamental particles. However, it is often forgotten that the vast majority of visible matter is given by baryons,<br>which gain most of their mass dynamically within poorly known non-perturbative Quantum Chromo Dynamics processes. The best laboratory to study the underlying mechanisms of non-perturbative Quantum Chromo Dynamics is still given by the nucleon and the central question of how the macroscopic properties of a nucleon<br>like its mass, spin and size can be comprehensively decomposed into the microscopic description in terms of quarks, antiquarks and gluons remains still open.<br><br>A major part of the COMPASS-II program is dedicated to the investigation of Generalized Parton Distributions (GPDs), which aim for the most complete description of the partonic structure of the nucleon, comprising both, spacial and kinematic distributions. By including transverse degrees of freedom, a three dimensional picture of baryonic matter is created, which will revolutionise our understanding of what comprises 99 percent of the visible matter.<br><br>GPDs are experimentally accessible via lepton-induced exclusive reactions, in particular the Deeply Virtual Compton Scattering (DVCS) and Deeply Virtual Meson Production (DVMP). At COMPASS, <br>those processes are investigated using a high intensity muon beam of 160\,GeV/c together with a 2.5\,m-long liquid hydrogen target and an open field two stage spectrometer, to detect and identify charged and neutral particles. In order to optimize the selection of exclusive reactions at those energies, the target is surrounded by a new barrel-shaped time-of-flight system, which detects the recoiling target<br>particles.<br><br>A pilot run dedicated to the measurement of Generalized Parton distributions performed in 2012 allows for detailed performance studies of the new target time-of-flight system and for the worlds first measurement of the pure DVCS cross section at intermediate $x_{Bj}$. Within the concept of Generalised Parton Distributions the dependence of the DVCS cross section on the square of the four-momentum transfer to the target proton is closely related to the transverse size of the nucleon. The pioneering measurement carried out within this thesis will give a first evaluation of the transverse size of the nucleon as a function of the Bjorken scaling variable $x_{Bj}$ in the uncharted territory of <br>$10^{−2} < x_{Bj} < 0.2$.
2017
eng
doctoral_thesis
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free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/12397
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-123977
https://doi.org/10.6094/UNIFR/12397
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2017-08-08T10:44:43Z
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ddc:570
ddc:580
ddc:500
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Identification and characterization of two wheat glycogen synthase kinase 3/SHAGGY-like kinases
Bittner, Thomas
Campagne, Sarah
Neuhaus, Gunther
Rensing, Stefan A.
Fischer-Iglesias, Christiane
Gräser
Weizen
Background:<br>Plant Glycogen Synthase Kinase 3/ SHAGGY-like kinases (GSKs) have been implicated in numerous biological processes ranging from embryonic, flower, stomata development to stress and wound responses. They are key regulators of brassinosteroid signaling and are also involved in the cross-talk between auxin and brassinosteroid pathways. In contrast to the human genome that contains two genes, plant GSKs are encoded by a multigene family. Little is known about Liliopsida resp. Poaceae in comparison to Brassicaceae GSKs. Here, we report the identification and structural characterization of two GSK homologs named TaSK1 and TaSK2 in the hexaploid wheat genome as well as a widespread phylogenetic analysis of land plant GSKs.<br>Results:<br>Genomic and cDNA sequence alignments as well as chromosome localization using nullisomic-tetrasomic lines provided strong evidence for three expressed gene copies located on homoeolog chromosomes for TaSK1 as well as for TaSK2. Predicted proteins displayed a clear GSK signature. In vitro kinase assays showed that TaSK1 and TaSK2 possessed kinase activity. A phylogenetic analysis of land plant GSKs indicated that TaSK1 and TaSK2 belong to clade II of plant GSKs, the Arabidopsis members of which are all involved in Brassinosteroid signaling. Based on a single ancestral gene in the last common ancestor of all land plants, paralogs were acquired and retained through paleopolyploidization events, resulting in six to eight genes in angiosperms. More recent duplication events have increased the number up to ten in some lineages.<br>Conclusions:<br>To account for plant diversity in terms of functionality, morphology and development, attention has to be devoted to Liliopsida resp Poaceae GSKs in addition to Arabidopsis GSKs. In this study, molecular characterization, chromosome localization, kinase activity test and phylogenetic analysis (1) clarified the homologous/paralogous versus homoeologous status of TaSK sequences, (2) pointed out their affiliation to the GSK multigene family, (3) showed a functional kinase activity, (4) allowed a classification in clade II, members of which are involved in BR signaling and (5) allowed to gain information on acquisition and retention of GSK paralogs in<br>angiosperms in the context of whole genome duplication events. Our results provide a framework to explore Liliopsida resp Poaceae GSKs functions in development.
2013
eng
article
pdf
BMC Plant Biology. 13 (2013), 64, DOI 10.1186/1471-2229-13-64, ISSN: 1471-2229
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/12439
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-124396
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2017-08-08T11:02:18Z
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ddc:571
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ddc:600
ddc:610
ddc:616
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Acute fibrinous and organizing pneumonia associated with influenza A/H1N1 pneumonia after lung transplantation
Otto, Claudia
Huzly, Daniela
Kemna, Lars
Hüttel, Annegret
Benk, Christoph
Rieg, Siegbert
Plönes, Till
Werner, Martin
Kayser, Gian
Schweineinfluenza
Background<br><br>Immunocompromised patients, particularly after lung transplantation, are at high risk to develop atypical forms of pulmonary infections including influenza A/H1N1. Acute Fibrinous and Organizing Pneumonia (AFOP) is a special histological pattern in acute respiratory failure with high mortality.<br><br>Case presentation<br><br>We describe a 66-year-old woman with double lung transplantation in August 2009 due to end stage pulmonary fibrosis. After prolonged weaning and subsequent promising course, she developed atypical pneumonia with diffuse pulmonary infiltrates in both lungs in January 2010. Infection with influenza A/H1N1 virus was verified. The patient rapidly suffered from respiratory insufficiency and died eight days after this diagnosis. The post-mortem revealed especially in the lower parts of the lungs the classical histological pattern of pure AFOP. Molecular analyses of lung tissue were positive for influenza A/H1N1.<br><br>Conclusion<br><br>To our knowledge we present the first case of AFOP triggered by viral infection, here proven to be influenza virus A/H1N1. Thus, also in the setting of viral infection the highly deadly differential diagnosis of AFOP must be considered.
2013
eng
article
pdf
BMC Pulmonary Medicine. 13 (2013), 30, DOI 10.1186/1471-2466-13-30, ISSN: 1471-2466
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/12442
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oai:freidok.uni-freiburg.de:12488
2017-05-16T15:24:59Z
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Multilevel competing risk models to evaluate the risk of nosocomial infection
Wolkewitz, Martin
Cooper, Ben S.
Palomar-Martinez, Mercedes
Barnett, Adrian G.
Harbarth, Stephan
Schumacher, Martin
Introduction<br>Risk factor analyses for nosocomial infections (NIs) are complex. First, due to competing events for NI, the association between risk factors of NI as measured using hazard rates may not coincide with the association using cumulative probability (risk). Second, patients from the same intensive care unit (ICU) who share the same environmental exposure are likely to be more similar with regard to risk factors predisposing to a NI than patients from different ICUs. We aimed to develop an analytical approach to account for both features and to use it to evaluate associations between patient- and ICU-level characteristics with both rates of NI and competing risks and with the cumulative probability of infection.<br><br>Methods<br>We considered a multicenter database of 159 intensive care units containing 109,216 admissions (813,739 admission-days) from the Spanish HELICS-ENVIN ICU network. We analyzed the data using two models: an etiologic model (rate based) and a predictive model (risk based). In both models, random effects (shared frailties) were introduced to assess heterogeneity. Death and discharge without NI are treated as competing events for NI.<br><br>Results<br>There was a large heterogeneity across ICUs in NI hazard rates, which remained after accounting for multilevel risk factors, meaning that there are remaining unobserved ICU-specific factors that influence NI occurrence. Heterogeneity across ICUs in terms of cumulative probability of NI was even more pronounced. Several risk factors had markedly different associations in the rate-based and risk-based models. For some, the associations differed in magnitude. For example, high Acute Physiology and Chronic Health Evaluation II (APACHE II) scores were associated with modest increases in the rate of nosocomial bacteremia, but large increases in the risk. Others differed in sign, for example respiratory vs cardiovascular diagnostic categories were associated with a reduced rate of nosocomial bacteremia, but an increased risk.<br><br>Conclusions<br>A combination of competing risks and multilevel models is required to understand direct and indirect risk factors for NI and distinguish patient-level from ICU-level factors.
2014
eng
article
pdf
Critical care. 18 (2014), R64, DOI 10.1186/cc13821, ISSN: 1364-8535
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/12488
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-124881
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2018-04-23T15:51:33Z
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Hodge theoretic methods in the study of symplectic varieties
Schwald, Martin
Hodge-Theorie
Symplektische Mannigfaltigkeit
2017
eng
doctoral_thesis
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https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-126957
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2018-04-23T15:50:18Z
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ddc:500
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Graded and geometric parabolic induction
Eberhardt, Jens Niklas
Lie-Algebra
Parabolische Untergruppe
2017
eng
doctoral_thesis
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https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-127502
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/12750
oai:freidok.uni-freiburg.de:12847
2022-12-22T15:04:31Z
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Globale Existenz schwacher Lösungen für die Interaktion eines Newtonschen Fluides mit einer linearen, transversalen Koiter-Schale unter natürlichen Randbedingungen
Eberlein, Hannes
Růžička, Michael
Fluid-Struktur-Wechselwirkung
Inkompressibles Fluid
Schwache Lösung
Randbedingung (Mathematik)
In dieser Arbeit betrachten wir ein viskoses, inkompressibles Newtonsches Fluid, welches durch eine dünne, elastische Struktur (modelliert über ein linearisiertes, transversales Koiter-Schalenmodell) fließt. Dabei sind das Fluid und die Schale vollständig über die Stetigkeit der Geschwindigkeiten ("`no-slip"' Randwerte) und ein Gleichgewicht der Oberflächenkräfte an der Grenzfläche zwischen Fluid und Schale gekoppelt. An einem festen Ein- und Ausflussrand werden weiter die natürlichen Randbedingungen vorgeschrieben. Wir zeigen die globale Existenz schwacher Lösungen.
We consider an viscous, incompressible Newtonian fluid flowing through a thin elastic structure. The motion of the structure is described by the equations of a linearized Koiter shell, whose motion is restricted to transverse displacements. The fluid and the structure are completely coupled by the continuity of velocities ("no-slip" boundary conditions) and an equilibrium of surface forces on the interface between fluid and structure. Further we prescribe natural boundary conditions on a fixed in- and outflow region. We show that weak solutions exist as long as the magnitude of the displacement stays below some bound that rules out self-intersections of the shell.
2017
ger
doctoral_thesis
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free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/12847
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-128479
https://doi.org/10.6094/UNIFR/12847
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/12847
https://freidok.uni-freiburg.de/data/12847
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2017-07-27T13:27:10Z
pub-type:doctoral_thesis
ddc:500
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Learning to solve manipulation tasks from non-expert users in human-centered environments
Abdo, Nichola
Robotik
Künstliche Intelligenz
Informatik
Dissertation
A key goal of robotics research is to develop intelligent service robots that are capable of undertaking a variety of tasks in our everyday environments. To realize this, robots should be equipped with the capabilities to reason about and manipulate a rich spectrum of everyday objects to achieve desirable spatial relations using them, for example to organize objects on shelves or set a table for dinner.<br><br>However, to operate intelligently in domestic environments, robots should overcome several challenges. For example, there usually are several valid ways of attending to everyday chores depending on the environment and the preferences of the end-users. Moreover, robots will constantly encounter novel objects while attending to arbitrary tasks. Such factors render it infeasible for an expert to pre-program a robot with sufficient knowledge to handle all situations. Instead, robots should be able to continuously learn from their users and attend to tasks without having to constantly query them.<br><br>In this thesis, we present several contributions that address these challenges and enable robots to acquire manipulation skills to achieve desirable object configurations by interacting with their users and environments. Firstly, we present a novel approach based on recommender system theory that allows a robot to predict user preferences by extracting patterns of organizing objects across several users. This enables the robot to tailor its behavior to a specific user when solving a task such as organizing objects in containers. Secondly, we propose novel techniques to infer the multi-modal spatial constraints necessary to model and generalize a new manipulation action using a small number of demonstrations. We build on these techniques and propose a novel approach<br>to learning sequential manipulation tasks from non-expert users. Our contribution goes beyond existing paradigms by allowing the robot to sequence actions and improvise feasible task solutions without requiring the user to provide an explicit goal state for planning. Finally, we tackle the problem of lifelong learning of spatial relations and generalizing them to objects of various shapes and sizes. For this, we propose a novel approach based on distance metric learning to allow a robot to leverage its previous knowledge of relations to efficiently learn and generalize new ones.<br><br>We extensively evaluate our proposed approaches using real-world data acquired from different users, and demonstrate the effectiveness of our techniques in learning and reproducing desirable object configurations in the context of everyday manipulation tasks. Additionally, we evaluate our implementation on a real robot and demonstrate the applicability of our solutions in realistic scenarios.
2017
eng
doctoral_thesis
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/12904
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-129048
https://doi.org/10.6094/UNIFR/12904
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2021-11-16T09:43:55Z
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Time-inhomogeneous polynomial processes in electricity spot price models
Agoitia Hurtado, Maria Fernanda del Carmen
Finanzmathematik
Stochastischer Prozess
Elektrizitätsmarkt
Markov-Prozess
Semimartingal
Statistik
First we study a class of Markov processes, the time-inhomogeneous polynomial processes. For this class, it is possible to obtain moments up to an arbitrary order in an easy way that only requires the computation of a matrix exponential. In comparison to the already existing homogeneous case, the time-inhomogeneous polynomial processes class gives a step further towards generality since it allows time dependency and therefore non stationary increments and encloses more of the models already existing. We expect this time-dependency feature to yield a good tool for modeling electricity spot prices. One of the special features that electricity prices tend to exhibit is the time-depending volatility, which inspired us to extend the time-homogeneous class introduced by Cuchiero (2011), Cuchiero et al. (2012) to a time-inhomogeneous one which is able to capture such a characteristic in the electricity markets.
2017
eng
doctoral_thesis
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https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-130870
https://doi.org/10.6094/UNIFR/13087
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2022-09-05T12:08:21Z
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ddc:519
ddc:338
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An academic response to Basel 3.5
Embrechts, Paul
Puccetti, Giovanni
Rüschendorf, Ludger
Value at Risk
Aktiva
Modell
Robustheit
Recent crises in the financial industry have shown weaknesses in the modeling of Risk-Weighted Assets (RWAs). Relatively minor model changes may lead to substantial changes in the RWA numbers. Similar problems are encountered in the Value-at-Risk (VaR)-aggregation of risks. In this article, we highlight some of the underlying issues, both methodologically, as well as through examples. In particular, we frame this discussion in the context of two recent regulatory documents we refer to as Basel 3.5.
2014
eng
article
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Risks. 2, 1 (2014), 25-48, DOI 10.3390/risks2010025, ISSN: 2227-9091
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/13254
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-132549
https://doi.org/10.3390/risks2010025
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oai:freidok.uni-freiburg.de:13854
2017-12-05T11:38:28Z
pub-type:doctoral_thesis
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Steigerung der Präzision im Mikro-Pulverspritzgießen
Müller, Tobias
Pulverspritzgießen
Metallspritzguss
Mikrosystemtechnik
Das Pulverspritzgießen stellt eine relativ junge Fertigungsmethode zur Herstellung metallischer oder keramischer Bauteile in hohen Stückzahlen dar, dass gleichzeitig die Möglichkeit bietet, komplexe Geometrien endkonturnah und ohne aufwändige Nachbearbeitungsschritte herzustellen. Insbesondere die Darstellung sehr kleiner Bauteilgrößen und Mikrostrukturen ist dabei Gegenstand der Forschung und rückt zunehmend in den Fokus industrieller Anwendungen. In diesem Bereich werden besonders hohe Anforderungen an die Abformtreue, Grünlingsstabilität und erreichbare Präzision gestellt, was mit den derzeitigen Materialien und Prozesswissen nur unzufriedenstellend dargestellt werden kann. Somit wurde der Fokus im Rahmen dieser Arbeit auf die Verbesserung der Präzision im Mikro-Pulverspritzgießen abgeformter Mikrobauteile gelegt und mögliche Verbesserungen auf Material- und Prozessseite untersucht.<br>Das Hauptziel der Arbeit war dabei die Entwicklung eines für das Mikro-Pulverspritzgießen geeigneten Feedstocks für sehr feine Metallpulver und die Untersuchung des Einflusses verschiedener Dispergatoren auf die Formmasseneigenschaften. Hierzu wurden fünf verschiedene oberflächenaktive Substanzen auf ihre Eignung als Dispergator untersucht. Neben der Abhängigkeit der Feedstockeigenschaften von den zugesetzten Dispergatorkonzentrationen und –typen wurde weiterhin die maximal mögliche Pulverbeladung der Formmassen bestimmt. Die durch die gezielte Ausnutzung der Pulver- und Additiveigenschaften erarbeitete Feedstockkomposition ermöglichte eine signifikante Steigerung des Pulvergehaltes um bis zu 10 Vol % und somit eine erheblich geringere Sinterschwindung, womit eine deutlich erhöhte Präzision im Endbauteil erreicht werden konnte.<br>Im Hinblick auf die Prozesstechnik konnte durch den Einsatz eines speziellen Doppelkolbenwerkzeuges gezeigt werden, dass auch durch gezielte Einstellung der Spritzgießparameter, insbesondere aber durch die korrekte Werkzeugauslegung die Genauigkeit im Mikro-Pulverspritzgießen im Vergleich zum Stand der Technik deutlich gesteigert werden kann. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass funktionell relevante Geometrien oder Maße mit geringer Tolerierung idealerweise nahe am Angusspunkt liegen sollten und ermöglichen so die Aufstellung von Konstruktionsregeln für die Fertigung hochpräziser Mikrobauteile. In den durchgeführten Studien konnten dabei sehr gute Werte von nur 0,05 % Abweichungen vom Mittelwert gemessener Strukturdetails erzielt werden, was ebenfalls eine deutliche Steigerung zum in der Literatur beschriebenen Stand der Forschung entspricht.
2016
ger
doctoral_thesis
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/13854
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-138543
https://doi.org/10.6094/UNIFR/13854
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oai:freidok.uni-freiburg.de:13894
2017-12-11T10:08:28Z
pub-type:doctoral_thesis
ddc:500
ddc:000
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Robust monocular camera-based localization under challenging perceptual conditions
Naseer, Tayyab
Robotik
Maschinelles Sehen
SLAM-Verfahren
Visual localization of autonomous vehicles is imperative to their safe navigation in particular scenarios. The paradigm of monocular camera localization encompasses broad range of applications like place recognition, loop closure detections within a SLAM framework, 6-DoF metric camera pose estimation and augmented reality. To achieve accurate and reliable pose estimates, camera-based localization approaches need to cope with wide variety of challenging perceptual conditions. These methods should be robust to variation in illumination due to day-night changes, different weather conditions and seasonal variations. An autonomous robot should be able to cope with all such variations that enables it to operate over long periods of time.<br>In this thesis, we primarily focus on novel robust methods for long term camera-based visual localization that cope with wide variety of viewing conditions. We highlight the shortcomings of state-of-the-art feature-based methods for monocular cameras and present novel approaches to achieve reliable localization. Although, cameras provide an cost effective solution for autonomous navigation, image data is highly vulnerable to environmental conditions. The rich texture and color information in the images vary drastically over long periods of time. In this work, we develop distinctive and repeatable feature descriptions of images that allow robots to localize under a great spectrum of perceptual conditions. We also develop novel methods that leverage semantics of the environment to imitate human-like behavior in autonomous systems during localization. These methods also scale well with the large map sizes. <br>At first, we discuss both the advantages and shortcomings of the visual information from the cameras for longterm localization. We identify the drawbacks of traditional sparse feature-based methods for longterm localization and propose dense feature descriptions to cope with the pitfalls. We show that by leveraging the sequential nature of the recorded and live data stream from the robot within a network flow graph framework enables to remove false loop closure hypothesis and achieve more precise location estimates. This enables the robot to achieve robust topological localization in a place recognition framework. Although, our approach can handle natural driving maneuvers, the restricted graph connectivity limits its advantages for short, fragmented and more complex trajectories. We discuss a novel approach to handle such complex situations encountered in the real world driving scenarios by formulating it within a Markov localization framework. Our approach handles out of order traversals, intra-trajectory loop closures, different robot speeds and variable camera frame rates. Next, we evaluate the topometric accuracy of our proposed method by integrating the place recognition approach within a complete SLAM framework pipeline. We formulate a graph-based optimization problem and use the matching hypothesis as loop closure information to compute the maximum likelihood trajectory of disjoint trajectories recorded over different seasons. In the following part of this thesis, we focus on methodologies inspired from machine learning for robust feature descriptions, scene understanding, and metric pose estimates. <br> Recently, deep learning has have a great impact on the performance of state-of-the-art methods for various applications in both robotics and computer vision communities. In the following part of this work, we discuss novel methods that leverage these deep architectures and show that learning-based approaches are more robust to drastic changes in viewing conditions than hand-crafted features. We also show that we can enhance the localization performance by leveraging scene semantics. This approach is inspired by the human-like behavior where we mainly focus on the structural part of the environment to recognize a place and suppress the information that is irrelevant for localization. Although, these methods provide reliable localization performance, they still do not provide a 6-DoF metric camera pose estimation within a map. In the last part of this work, we discuss a novel approach that directly regresses a metric camera pose using a single RGB image within a map. We propose a novel approach that deploys deep convolutional architecture to retrieve directly the pose estimate. This approach is highly efficient in two aspects. Firstly, it requires a constant query time in contrast to the previous methods that require the query descriptors to be matched to the database descriptors. Secondly, the map size remains constant regardless of the mapped area as the map is represented by the learnt weights of the network. We discuss novel synthetic viewpoint synthesis within this framework and regularization approaches during network training and optimization to achieve a generalizable camera pose regressor. We carry out extensive set of experiments to show that the novel methods proposed in this thesis outperform state-of-the-art approaches under large spectrum of perceptual conditions and environment sizes.
2017
eng
doctoral_thesis
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free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/13894
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-138943
https://doi.org/10.6094/UNIFR/13894
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/13894
https://freidok.uni-freiburg.de/data/13894
oai:freidok.uni-freiburg.de:14218
2021-11-16T09:43:31Z
pub-type:doctoral_thesis
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Infinite dimensional affine term structure models under incomplete information
Yu, Weijun
Zinsstruktur
Stochastischer Prozess
Filter (Stochastik)
The first part of the dissertation extends some important results in the classical theory of finite dimensional affine processes to infinite dimensional separable Hilbert spaces. In particular, a necessary and sufficient condition for a continuous Markov diffusion process to be affine is given. Based on the extended theory, two affine term structure models are introduced and the existence and uniqueness of the two models are studied. The second part concentrates on a non-linear filtering problem with infinite dimensional observations and the Kushner-Stratonovich equation under the infinite dimensional observation setting is derived. Finally, the obtained results are applied to study the Kalman-Bucy filter with infinite dimensional observations. It is proved that the filter has a Gaussian distribution and the evolution equations of the mean and the covariance of the filter are deduced from the Kushner-Stratonovich equation.
2017
eng
doctoral_thesis
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free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/14218
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-142189
https://doi.org/10.6094/UNIFR/14218
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/14218
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2018-05-09T15:41:16Z
pub-type:doctoral_thesis
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The Willmore flow with prescribed area for a small bubble in a Riemannian manifold
Mattuschka, Marco
Willmore-Fläche
Gradientenfluss
Evolutionsgleichung
The evolution of an embedded surface under the Willmore gradient flow with prescribed area is the result of the interaction between the geometry of the evolving surface and the geometry of the ambient space. The initial condition is an almost round sphere, in the following called a bubble. For a compact ambient space, we prove that the flow exists for all time and subconverges to a critical Willmore surface with prescribed area. Assuming there is a nondegenerated critical point of the scalar curvature on the manifold near this critical Willmore surface, the flow actually converges. In order to show this, we split the problem. On the one hand, every bubble has a geometric barycenter, hence the Willmore Flow has a barycentric curve. We prove that this curve remains near the gradient flow of the scalar curvature of the ambient manifold. On the other hand, we observe that under the assumption of a prescribed barycenter curve the solution of the Willmore Flow can be treated as a perturbation problem of the Willmore Flow in the euclidean R 3 .
Die Entwicklung einer eingebetteten Fläche unter dem Willmore-Gradientenfluss mit vorgeschriebener Oberfläche wird durch die Wechselwirkung zwischen der Geometrie der sich zu entwickelnden Fläche und der Geometrie des Umgebungsraums beeinflußt. Wir beweisen in einer drei-dimensionalen kompakten Riemannschen Mannigfaltigkeit, dass der Willmore-Fluß mit vorgeschriebener Oberfläche für eine kleine, fast runde Sphäre für alle Zeiten existiert und gegen eine kritische Willmore-Fläche mit vorgeschriebener Oberfläche subkonvergiert. Haben wir einen nicht degenerierten kritischen Punkt der Skalarkrümmung in der Nähe dieser kritischen Willmore-Fläche, so konvergiert der Fluß gegen diese kritische Willmore-Fläche. <br>Wir können jeder fast runden Sphäre einen eindeutigen Schwerpunkt zuweisen. Wir beweisen, dass die Schwerpunktkurve des Willmore-Flußes mit vorgeschriebener Oberfläche asymptotisch der Gradientenfluss der Skalarkrümmung der Mannigfaltikeit ist. Damit lässt sich die Langzeitexistenz des Willmore-Flußes mit vorgeschriebener Oberfläche beweisen. Falls der Fluß gegen eine kritische Willmore-Fläche mit vorgeschriebener Oberfläche subkonvergiert und diese in der Umgebung eines nicht degenerierten kritischen Punktes der Skalarkrümmung liegt, so bleibt der Schwerpunkt stets in der Nähe des Gradienflußes der Skalarkrümmung.
2018
eng
doctoral_thesis
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free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/15447
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-154472
https://doi.org/10.6094/UNIFR/15447
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/15447
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oai:freidok.uni-freiburg.de:15464
2018-05-09T15:52:06Z
pub-type:doctoral_thesis
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Statistical models for multivariate longitudinal data with application to the development of side effects during radiation therapy
Kim, Sung Won
Strahlentherapie
Nebenwirkung
Längsschnittuntersuchung
This thesis comprises and extends different approaches to longitudinal multivariate data. Depending on how we look at the given longitudinal measurements, we might deal with a time-to-event problem or a generalized regression problem. <br><br>The work is motivated by a mucositis progression dataset, where oral mucositis, an inflammatory side effect of the radiation therapy (RT) for the head and neck cancer patients, has been assessed on eight different sites in mouth area, by practitioners during the RT on regular basis. <br>The radiation oncologists are interested in different radiosensitivities of the eight distinct sites in mucositis development during the RT, which are represented by mucositis grades. Previous study shows that there exist significant differences in radiosensitivities among the distinct sites. However,<br>how they are different was not clear, and the approach overlooked conditions for a fair comparison. Thus, our aim is to develop a statistical model, with which we can differentiate the reaction of the eight sites, <br>and make prognosis. In the model it is necessary to take account of other possible risk factors, thereby getting rid of the confounding effects. <br><br>First of all, looking at the mucositis progression as the response variable, its ordinal feature leads us to the proportional odds model. Multivariate structure is taken into account through incorporation of eight site effects, <br>and the longitudinal characteristic is addressed by involving individual random effects. The cumulative dose effect turns out to be proportional to time variable so that by incorporating it a temporal aspect is easily considered in the model<br>without involving time variable. <br><br>By regarding the mucositis progression as a process, it can be described by an extended illness-death model in the multi-state model framework. A mucositis grade corresponds to a state, and the changes in the mucositis grades are described by the transitions between two sites<br>without allowing for back transition. In the semi-parametric setting, we start with the transition-specific Cox model for a site, where transition-specific coefficients and transition-specific baseline<br>hazards are assumed. This apparently over-parametrized model yield non-valid estimates. After model reduction processes a simple model involving only common effects, which are shared by all the transitions, comes out as the best. <br>The model is further reduced by incorporating proportional baseline hazards, where a group of baseline hazards are assumed to be proportional to each other. <br>One drawback of the multi-state model approach is that, each site is fit separately, with different baseline hazards. Being able to explain the mucositis progression for each site, the multi-state model is useful for making prediction, and <br>seeing effects of the risk factors on the mucositis progression of the each site. However, for our aim, the model which allows for fair comparisons of the sites effects is needed. <br><br>The frailty model allows for such comparisons. We apply the frailty model to the mucositis data, where only severe mucositis is regarded as an event, i.e., two-state model. <br>Frailty is equivalent to random effect, in the survival analysis; when the eight different site effects are incorporated in the model, individual effect can be accounted for.<br>The model formulation is very simple, but still accounts for risk factors as well as the eight sites effects, while taking care of the possible correlations within individuals. <br>In that the frailty model combines simultaneously the eight sites in one model, we classify it as a joint model. Another joint approach is motivated by Cook and Lawless (2014), C&L model, which is an extended version of Markov proportional hazard model.<br>To estimate the hazard of a site, the history of the other seven parallel sites are employed, and estimated relative intensity tells us effects of event occurrences of those sites on the site of interest. <br>Despite its complex interpretation and model formulation, C\&L model enables us to see the interrelationships between the processes. However, this interesting feature of the C&L model hinders clear interpretation of the main effects, in which we are most interested. <br>Thus, having simplicity and enough ability to render interpretation of the main effects of interest, the frailty model is preferred to the C&L model, for our purpose. <br><br>A limitation of the frailty model that we restrict ourselves to the two-states processes thereby loosing some information, is revealed while making comparison between it and the flexible multivariate random effects proportional odds model (FMRP), in which <br>the original mucositis scale is preserved. The frailty model and the FMRP result in parallel outcomes, and in fact they reveal similar model features, but frailty model with two-states processes looses information as much as the proportional odds model does when reduced to a binary logistic model. <br>Even then, we prefer the frailty model over the FMRP since it is simpler and but still considers dynamic feature of the data. <br> <br>The estimated radiosensitivities of the sites can be further used in the future planning, to minimize dose amount on the more sensitive sites, thereby promoting less complication in RT. Besides comparison of sites radiosensitivies in mucositis progression, we believe the frailty model, the FMRP, the Cook and Lawless model can be applied in <br>comparing several parallel processes. Meanwhile, to track one particular process, the multi-state model could be useful such as for prediction.
2017
eng
doctoral_thesis
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free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/15464
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-154642
https://doi.org/10.6094/UNIFR/15464
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/15464
oai:freidok.uni-freiburg.de:15576
2018-05-14T10:13:03Z
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Scalable adaptive bisection algorithms on decomposed simplicial partitions for efficient discretizations of nonlinear partial differential equations
Schoen, Patrick
Numerische Mathematik
Numerisches Gitter
Partielle Differentialgleichung
Adaptives Verfahren
Optimierung
Efficient discretization of partial differential equations and their numerical solution is the cornerstone of many scientific and engineering projects. Many computationally demanding applications rely on simplicial grids, and hence a great deal of research has been devoted to increasing efficiency and speed of algorithm which generate and operate on these grids.<br><br>Since the early 80’s, adaptive mesh refinement has been a popular tool which promises to reduce the number of nodes in a simplex grid while achieving higher accuracy in comparison with uniform refinement approaches. Adaptive mesh refinement proves to be especially useful when localized features such as singularities or large gradients approximating jumps, transition layers or interfaces occur along lower-dimensional subsets. For time-dependent problems, these features can move in time, which makes local coarsening of previously refined regions an essential part of an adaption algorithm.<br><br>In Chapter 1 we discuss several popular strategies for generating conforming refinements of simplicial partitions via bisection. We show that bisection steps for these schemes can be carried out in a recursive fashion, in such a way that even intermediate states of the refined partition are conforming. This leads to an efficient method of reversing the refinement process via coarsening. The coarsening method relies only on the structure of the current finest mesh, which implicitly contains the history of its creation. Also, we present a bisection strategy in three dimensions that produces shape-regular refinements with bounded complexity for arbitrary macro partitions where no special initialization or ordering of the initial partition<br>is necessary.<br><br>The simple structure of the coarsening method is very beneficiary to the development of a parallel version of the refinement and coarsening routines which we discuss in Chapter 2. Here we present an implementation of the mesh adaptation algorithms on decomposed partitions that enables for dynamic load balancing on the finest grid. In particular, any arbitrary decomposition of the refined mesh can be realized. We include numerical experiments on a computer cluster showing optimal scaling results for the parallel adaptation routines.<br><br>In Chapter 3 we use adaptive mesh refinement to efficiently simulate nematic liquid crystal devices modeled via the Landau-de Gennes theory in three dimensions. In particular, we simulate the switching process of a bistable device where singularities arising in lower dimensional sub-regions play an important role in the stability of the two stages of the bistable device. We show that the structure of the non-linearity used in the model is such that we can employ robust a posteriori error results from the analysis of phase-field models. <br><br>In Chapter 4 we analyze a convex minimization problem stemming from optimal trans-<br>portation problems. We present convergent finite element discretizations of the Monge-Kantorovich problem and its dual formulation. In order to approximate solutions of both problems, an iterative splitting method is employed. We discuss a local mesh refinement method based on the primal-dual gap of the approximations. Numerical experiments show that adaptive mesh refinement leads to significantly improved convergence rates when singularities occur in the optimal transport map.
2017
eng
doctoral_thesis
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/15576
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-155762
https://doi.org/10.6094/UNIFR/15576
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/15576
https://freidok.uni-freiburg.de/data/15576
oai:freidok.uni-freiburg.de:15578
2018-05-14T11:23:43Z
pub-type:doctoral_thesis
ddc:500
ddc:004
ddc:620
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Approaches to safe and efficient robot navigation
Suger, Benjamin
Autonomer Roboter
Lokalisierung (Robotik)
Kartierung
Mobiler Roboter
Klassifikation
Klassifikator (Informatik)
SLAM-Verfahren
Lidar
Laserscanner
Autonomous navigation is a broad and active research area, which has attracted great interest in the last two decades. Nowadays, more and more companies invest lots of money and effort towards making autonomously navigating robots part of our daily lives. Key components of autonomous systems are mapping, localization, perception, planning and control. To achieve real autonomy, a robot needs to cope with limited on-board resources, changes of the environment and varying external conditions. Therefore, such systems need<br>to infer meaningful and accurate interpretations from the available sensor data. In this thesis, we address several of these challenges, specifically: resource efficiency, changing and complex environments, traversability analysis and map interpretation.<br><br>First, we present an approximate solution to the problem of simultaneous localization and mapping (SLAM), particularly to the graph-based formulation of the problem. So far, state-of-the-art solutions to SLAM have put their main focus on speed and accuracy. Contrary to that, we provide a fast approximate solution to the SLAM problem that needs significantly less memory than other state-of-the-art methods. Subsequently, we address the problem of localization, focusing on two aspects related to changes of the environment. First, we consider an industrial scenario in which some crucial parts of the environment, i.e., at which there are objects that the robot needs to fulfill a task, may change their position over time. In this case, the global pose of the robot is not consistent with the pose relative to the object. To overcome this problem, we propose a variation for point-set registration, which can<br>cope with multiple reference frames at the same time. Second, we discuss the problem of visual localization when facing severe changes of the environment. To cope with such extreme conditions, we exploit the sequential property of images recorded during continuous runs of the robot.<br><br>Besides the knowledge of its position in the world, an autonomous robot needs to know which parts of the world are safe to traverse and which are not. We discuss this topic from two perspectives. First, we present an approach to learning the traversability characteristics for a mobile robot from non-expert human demonstrations. The key challenge here is that the learning technique needs to cope with only positive examples of traversable ground. Second, we focus on the computational efficiency, taking into account that the crucial information about obstacles should be available to the robot as soon as possible. Thereby, we aim to keep the computational effort as low as possible, as resources may be limited.<br><br>Finally, we discuss an approach that makes publicly available map data from the OpenStreetMap (OSM) project useful to autonomous navigation in outer-urban environments. To cope with the errors in the map, we utilize semantic terrain information to align the tracks in OSM with the local vicinity of the robot. With our approach, a robot can navigate autonomously in previously unseen environments, which makes exploration and mapping of the environment in advance, unnecessary.<br><br>In this thesis, we present a variety of techniques and algorithms for autonomous navigation. In extensive real world experiments, we demonstrate the applicability and accuracy of the proposed methods.
Autonome Navigation beschreibt ein aktuelles und aktives Forschungsgebiet. Dabei umfasst es einen weiten Rahmen von Themen und Problemstellungen, wie zum Beispiel: Lokalisierung, Kartierung, Bewegungsplanung und Steuerung sowie Hinderniserkennung. Ein klarer Indikator für die Aktualität des Themas ist, dass zahlreiche Firmen derzeit große Summen in Technologien investieren, welche autonome und intelligente Systeme alsbald zu einem festen Bestandteil unseres täglichen Lebens machen sollen. Eine klassische Problemstellung lässt sich an dem Beispiel eines autonomen Autos illustrieren: Es sollte jederzeit wissen wo es sich auf der Welt befindet (Lokalisierung und Kartierung), wissen welche Aktion als nächstes nötig ist, um dem angestrebten Ziel näher zu kommen (Pfadplanung und Steuerung) und flexibel auf andere Verkehrsteilnehmer und Hindernisse reagieren (Sicherheit und Hinderniserkennung). Um dies zu gewährleisten ist es notwendig, die Umgebung mit unterschiedlichen Sensoren zu erfassen und die erhaltenen Messdaten der Aufgabe entsprechend zu interpretieren. Dabei muss gewährleistet sein, dass die verfügbaren Ressourcen wie Rechenleistung und Speicherkapazität jederzeit ausreichen, um alle notwendigen Berechnungen hinreichend schnell auszuführen. Darüber hinaus soll das System unabhängig von Veränderungen der Umwelt zuverlässig arbeiten.<br><br>In dieser Doktorarbeit behandeln wir unterschiedliche Themen zu diesem Gebiet. Dabei sind wir speziell an der Effizienz, Robustheit und an der Sicherheit von autonomen Systemen interessiert. Zuerst behandeln wir das Thema Lokalisierung und Kartierung. Dabei beschäftigen wir uns zu Beginn (Kapitel 3) mit dem speziellen Problem der simultanen Lokalisierung und Kartierung (SLAM), bei welchem ein mobiler Roboter den Kartierungsprozess simultan mit dem Lokalisierungsprozess ausführen muss. Dieses Problem lässt sich mathematisch als Graph darstellen, wobei die Knoten des Graphen den Posen des Roboters entsprechen. Die Kanten, welche zwei Knoten verbinden, repräsentieren relative Transformationen. Diese werden aus den Sensordaten errechnet. Zur Lösung des SLAM-Problems wird ein äquivalentes nichtlineares Minimierungsproblem mit Hilfe der Methode der kleinsten Quadrate gelöst. <br>Unser spezielles Augenmerk richten wir dabei darauf, solche Lösungen mit möglichst wenig Arbeitsspeicher zu berechnen. Hierbei ist zu beachten, dass im Allgemeinen der benötigte Arbeitsspeicher zum Lösen eines solchen Problems mit der Anzahl der Knoten und Kanten wächst. Unser Ansatz macht sich eine hierarchische "Teile- und Herrsche-Strategie" zunutze und zerlegt den Graphen in kleinere stochastisch unabhängige Teilprobleme, welche mit sehr viel weniger Speicheraufwand gelöst werden können. Im Zuge dieser Konstruktion müssen wir Randverteilungen approximativ darstellen, da ansonsten die Konnektivität des Graphen zu dicht wird und die Speichervorteile nicht realisiert werden können. Dies führt im Sinne der Optimierung zu leicht schlechteren Werten der Zielfunktion. In der experimentellen Auswertung unseres Ansatzes zeigen wir, dass der Qualitätsverlust verglichen zur exakten Lösung des Problems gering ist. Dabei benötigen wir signifikant weniger Arbeitsspeicher. Darüber hinaus erhalten wir im Vergleich mit bisherigen approximativen Lösungsansätzen mit unserer Methode bessere Lösungen. Unser Ansatz erweist sich daher speziell für Systeme mit begrenztem Arbeitsspeicher als vorteilhaft.<br><br>Ist eine Umgebung einmal kartiert kann sich ein Roboter darauf beschränken, seine Position in der Karte zu ermitteln. Das Problem der Selbstlokalisierung behandeln wir in den zwei darauf folgenden Kapiteln. Hierbei gilt unser besonderes Interesse Situationen in denen sich die Umgebung über die Zeit verändert. In Kapitel 4 betrachten wir eine Problemstellung,<br> welche wir besonders in industriellen Anwendungen als relevant ansehen. Unser Interesse gilt der relativen Position zwischen Roboter und einem Zielobjekt, z.B. ein Tisch oder eine Palette. Dabei nehmen wir an, dass der Roboter zur Wahrnehmung der Umgebung mit einem Laserscanner ausgerüstet ist. Wir betrachten ein Szenario, in welchem das Zielobjekt mit der Zeit seine Position verändert, beispielsweise wenn der Tisch durch Interaktion leicht verschoben wird. Dies führt dazu, dass die globale Positionsschätzung und die relative Positionsschätzung inkonsistent sind und das Problem somit nicht mit Standardmethoden gelöst werden kann. In unserem Ansatz modellieren wir das Zielobjekt explizit als Bestandteil der Karte und verwenden eine Formulierung, welche es erlaubt Referenzposen bezüglich mehrerer Objekte gleichzeitig zu schätzen. Um dies zu erreichen wird ein Algorithmus zur Berechnung der relativen Transformation zwischen zwei Messpositionen eines Lasersensors dahingehend erweitert, dass dieser die relativen Positionen zu mehreren Objekten gleichzeitig schätzt. Die experimentelle Auswertung zeigt, dass mit unserem Ansatz sehr genaue Positionsschätzungen erreicht werden, auch wenn die Zielobjekte mit der Zeit ihre Postion verändern. Dabei nutzen wir sowohl simulierte Daten, wie auch Daten von einem echten Roboter.<br><br>Im Vergleich zu Laserscannern bieten Kamera-basierte Systeme einen deutlichen Kostenvorteil und werden daher oft verwendet. Außerdem bieten sie Informationen über relativ große Bereiche der Umgebung und als Menschen sehen wir die auf Bildern basierte Wahrnehmung als natürlich an. In Kapitel 5 betrachten wir ein Kamera-basiertes Lokalisierungsproblem in welchem der Roboter starke Veränderungen der Umwelt erfährt. Verschiedene Beleuchtungsverhältnisse oder jahreszeitlich bedingte Veränderungen erschweren beispielsweise die Beurteilung darüber, ob zwei Bilder am gleichen Ort entstanden sind. In unserem Lösungsansatz machen wir uns die Tatsache zu Nutze, dass Bildsequenzen üblicherweise während einer kontinuierlichen Fahrt des Roboters aufgenommen werden. Unser spezielles Interesse gilt Situationen, in denen zwischen zwei Aufnahmen von Bildsequenzen eine große Zeitspanne vergangen ist und sich die Umgebung jahreszeitlich bedingt stark verändert hat. Dabei beschreiben wir eine Methode, um die Ähnlichkeit zwischen zwei Bildern zu quantifizieren und nutzen diese Werte als Sensormodell in einem probabilistischen Zustandsmodell. Das Verfahren zur Zustandsschätzung basiert auf einem Bayes-Filter. Darüber hinaus zeigen wir den Nutzen einer Datenvorbearbeitung auf, welche die Unterscheidbarkeit der erhaltenen Ähnlichkeitswerte erhöht. Dies führt zu einer Verbesserung in Bezug auf Genauigkeit und Robustheit der Lokalisierung. In einer umfassenden experimentellen Auswertung zeigen wir, dass der vorgeschlagene Ansatz eine Verbesserung gegenüber bisherigen Ansätzen darstellt. <br><br>Eine weitere, äußerst wichtige, Aufgabe für autonome Systeme ist, dass sie mit Hilfe von Sensordaten erkennen müssen welche Bereiche ihrer Umwelt sicher befahren werden können und wo sich Hindernisse befinden. Das ist besonders wichtig, da dies nicht nur die Sicherheit des Roboters, sondern auch die Sicherheit aller in der Umwelt befindlichen Gegenstände gewährleistet. Andererseits darf diese Erkennung nicht zu sensibel im Sinne der Sicherheit sein, da der Roboter sonst eventuell Hindernisse erkennt wo keine sind und somit an seiner Weiterfahrt gehindert wird. In dieser Arbeit betrachten wir dieses Problem auf zwei Arten, wobei wir stets einen 3D-Laserscanner zur Wahrnehmung der Umgebung verwenden. <br><br>Zuerst entwickeln wir in Kapitel 6 einen Ansatz der darauf abzielt, dass ein nicht speziell ausgebildeter Nutzer dem Roboter beibringen kann welche Bereiche befahrbar sind. Um diese Lernphase so einfach wie möglich zu gestalten, ist es lediglich notwendig den Roboter manuell sicher durch eine Umgebung zu steuern. Ein vollständiges Modell zur Traversierbarkeit leiten wir von den positiven Beispielen ab, welche von der Trajektorie des Roboters als eindeutig befahrbar klassifiziert worden sind. Zur Lösung dieses speziellen Lernproblems, bei dem wir keine Beispiele der negativen Klasse zur Verfügung haben, greifen wir auf bereits existierende Methoden zurück und zeigen auf, dass diese auch für die Traversierbarkeitsanalyse angewendet werden können. Unsere experimentelle Auswertung zeigt die Genauigkeit der abgeleiteten Traversierbarkeitsmodelle. Die vorgestellte Methode unterliegt der Annahme einer vollständig statischen Umgebung und hat den Nachteil, dass die Sensordaten zuerst akkumuliert werden und somit nicht unmittelbar in die Abwägung zur Traversierbarkeit einfließen.<br><br>Diesem Problem widmen wir uns in Kapitel 7, wobei wir uns die Erfahrungen aus dem vorhergehenden Kapitel zu Nutze machen. Hindernisse zeichnen sich oft durch grundlegende geometrische Eigenschaften aus, wie zum Beispiel die Höhendifferenz in der unmittelbaren Nachbarschaft. Dabei müssen wir die Art des zugrundeliegenden Geländes mit in Betracht ziehen, da zum Beispiel hohes Gras für einen großen Roboter kein Hindernis darstellt jedoch große Höhendifferenzen aufweist. Um auf diese Situationen angemessen zu reagieren nutzen wir zusätzliche semantische Informationen über das zugrundeliegende Terrain, welche wir ausschließlich aus den 3D-Laserdaten ableiten. Um zu entscheiden was ein Hindernis darstellt führen wir beide Informationen in einem probabilistischen Modell zusammen. Der Vorteil ist nun, dass wir die geometrischen Information extrahieren können sobald die Messungen gemacht wurden. Die Integration der Sensordaten zu Klassifizierung der Geländeart, welche zweifelsfrei als statisch angesehen werden kann, findet in regelmäßigen Abständen statt. Unsere Experimente mit einem autonom navigierenden Roboter zeigen die Anwendbarkeit und Effizienz der vorgeschlagenen Methode, im Sinne der Rechenlast.<br><br>Zum Ende dieser Arbeit (Kapitel 8) entwickeln wir einen Ansatz, um globale Navigation unter Verwendung von öffentlich zugänglichem Kartenmaterial zu ermöglichen, wofür wir die Daten von OpenStreetMap nutzen. Das Problem dabei ist, dass wir sowohl Ungenauigkeiten in der Karte, als auch in den GPS-Messungen in Betracht ziehen müssen. Diese Fehler führen dazu, dass Zielpunkte aus der Sicht des Roboters nicht immer auf dem angestrebten Weg, sondern manchmal mehrere Meter abseits liegen können. In unserem Ansatz korrigieren wir diese Fehler indem wir die Terrain-Klassifikation aus dem vorangegangenen Kapitel nutzen. In einem probabilistischen Modell assoziieren wir damit die Zielpunkte vom Straßennetz der Karte mit den Wegen in der Umgebung des Roboters. Unser Ansatz ermöglicht autonome Navigation in Bereichen, die zuvor noch nicht von einem Roboter erkundet wurden. Dies ist in herkömmlichen Systemen üblicherweise notwendig. Darüber hinaus modelliert der Roboter während er autonom navigiert ausschließlich seine lokale Umgebung und benötigt somit nur eine feste, zuvor berechenbare Menge an Hauptspeicher. Wir zeigen die Anwendbarkeit des Ansatzes mit Experimenten, bei denen ein echter autonomer Roboter in zuvor ungesehenen Gebieten navigiert.
2017
eng
doctoral_thesis
pdf
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/15578
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-155788
https://doi.org/10.6094/UNIFR/15578
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/15578
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2018-07-19T09:38:59Z
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ddc:600
ddc:004
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Motion imitation and generation for mobile robotic systems
Burget, Felix
Autonomer Roboter
Bahnplanung
Humanoider Roboter
Mobiler Roboter
Serviceroboter
Mensch-Maschine-System
Mobile manipulators are highly dexterous robotic units, unifying the navigation capabilities of mobile platforms with the manipulation capabilities of classical industrial robotic arms. Thus, they are nowadays expected to be able to operate in versatile domains, cope with challenging environments and to be flexible regarding the tasks assigned to them. Establishing efficient motion planning and control strategies for such systems, on the other hand, is particularly challenging due to their high number of degrees of freedom and the multitude of task and platform related constraints involved.<br><br>The core capabilities required by a mobile robotic system to successfully complete a mobile manipulation task are to be able to determine where it needs to go in the environment, how to get there without colliding with obstacles and to ensure that its motions are compliant with possible task-related constraints. Moreover, it needs to provide an appropriate interface to permit human operators to specify what it needs to do. In this context, we present in this thesis several novel contributions to the field of motion imitation and generation for mobile robotic systems. We hereby consider different levels of autonomy for the robot, initially relying on a human operator to provide the knowledge required to complete a task successfully towards a robotic service assistant capable of autonomously planning and executing mobile manipulation actions. Moreover, we incorporate motion imitation techniques to compare motion demonstrations of healthy subjects with the ones of patients exhibiting motor control deficits. Motion imitation and generation are both valuable approaches, as each of them offers its own individual advantages. Therefore, preference to the appropriate technique should be given depending on the intended field of application.<br>At the beginning, we introduce an approach that permits humanoid robots to imitate wholebody motions captured from a human operator in real time. Hereby, the robot is able to perform motions involving extended periods of time in which the robot needs to balance on a single leg. For our investigation on the underlying principles of human motor control behavior, we rely on motion capture data recorded from human demonstrations. More specifically, we quantitatively evaluate and compare the motion control strategies adopted by two groups, i.e., healthy subjects and Parkinson’s disease patients. Additionally, we develop an approach that lets mobile robotic platforms autonomously select an optimal stance pose for preparation or execution of a subsequent mobile manipulation task by adopting the concept of inverse reachability maps. In the following, we present a probabilistic motion planning framework for generating asymptotically optimal paths for mobile manipulation tasks. This framework extends previous planning approaches in the field towards bidirectional search and satisfaction of arbitrary geometric end-effector task constraints. Finally, we present a mobile robotic service assistant framework composed of several interdisciplinary components that permits users with limited communication skills to express their desire using only thoughts. <br><br>All techniques developed in this thesis were practically implemented and thoroughly evaluated. The overall contribution of the present work is to equip mobile robotic platforms with the ability to imitate complex whole-body motions as well as to generate them autonomously.
Im industriellen Umfeld gelten stationäre Robotersysteme als zuverlässige, präzise und hochproduktive Maschinen, die die aufgetragenen Arbeiten mit konstanter Qualität ausführen. Typischerweise liegt in diesem Einsatzgebiet eine strukturierte Umgebung vor. Außerdem ist der Arbeitsbereich des Roboters genau definiert und von dem Arbeitsraum der menschlichen Mitarbeiter abgetrennt. Darüber hinaus sind die Aufgaben, die dem Roboter erteilt werden, üblicherweise vorab definiert.<br><br>Mit der Einführung mobiler Roboterplattformen hat sich dieses Bild eines Roboterstereotyps in den letzten Jahrzehnten zunehmend verändert. Mobilität hat hier zu einer enormen Zunahme an potenziellen Anwendungen für Robotersysteme geführt, die über den Bereich der industriellen Automatisierung hinausgehen. In Folge dessen ist deren Einsatz heutzutage auch im häuslichen Bereich und in Katastrophenschutzszenarien denkbar geworden. Die Kombination mobiler Plattformen mit klassischen industriellen Roboterarmen führte zu agilen Robotereinheiten, die sowohl Navigations- als auch Manipulationsfähigkeiten besitzen und in der Robotik als sogenannte mobile Manipulatoren bezeichnet werden. Die durch den mobilen Unterbau realisierte Erweiterung des Arbeitsbereichs des Roboterarms führte zugleich zu gesteigerten Erwartungen die an diese Systeme gestellt werden. So sollen diese heute in vielen verschiedenen Bereichen arbeiten können, in anspruchsvollen Umgebungen zurecht kommen und flexibel bezüglich der an sie gestellten Aufgaben sein.<br><br>Die Nutzung der besonderen Fähigkeit dieser Roboterplattformen, in der Umgebung navigieren und simultan Objekte manipulieren zu können bringt jedoch auch zahlreiche Herausforderungen mit sich. Die erste Schwierigkeit besteht darin, dass diese Systeme eine hohe Anzahl von Freiheitsgraden besitzen, was die Erstellung effizienter Bewegungsplanungsund Regelungsstrategien erheblich komplexer macht. Klassische Ansätze aus der Literatur folgen deshalb häufig der Strategie, komplexe mobile Manipulationsaufgaben in einfachere Teilaufgaben, die lediglich Navigation mit der mobilen Basis oder Manipulation mit dem Roboterarm erfordern zu zerlegen. Anschließend werden diese Teilprobleme sequentiell und unabhängig voneinander gelöst. Obwohl diese Divide-and-Conquer Strategie für viele Anwendungen zulässig ist, wird dieses Vorgehen in keiner Weise dem Potential solcher agilen Robotersysteme gerecht. Zudem gestatten diese Ansätze nicht, Aufgaben auszuführen, bei denen eine koordinierte Bewegung von mobiler Basis und Roboterarm zwingend erforderlich ist. Ein weiterer wichtiger Aspekt in Bezug auf mobile Manipulationsaufgaben sind Anzahl und Art der Bedingungen, die der Bewegung des Roboters auferlegt werden. Letztere können weiter in Bedingungen unterteilt werden, die mit der kinematischen Struktur des Roboters zusammenhängen und in solche, die von den zu manipulierenden Objekten auferlegt werden. Neben allgemeinen kinematischen Randbedingungen wie Gelenkgrenzen und Kollisionsvermeidung gibt es weitere plattformspezifische Bedingungen, die sich auf das Bewegungsmodell der mobilen Basis beziehen. Radroboterplattformen, zum Beispiel, weisen eine kinematische Struktur auf, deren Bewegung entweder durch ein Omnidirektional-, Differentialantrieb- oder Achsschenkellenkung-Bewegungsmodell beschrieben werden kann. Robotern mit omnidirektionalen Navigationsfähigkeiten ist es möglich, sich jederzeit in beliebige Richtungen zu bewegen. Bei letzteren genannten Modellen hingegen, ist eine instantane Bewegung in eine orthogonal zur Sagittalachse des Roboters verlaufenden Richtung nicht möglich. Humanoide Roboterplattformen besitzen naturgemäß omnidirektionale Mobilität, für deren Navigation jedoch besondere Bedingungen gelten. Um zu laufen, muss bei diesen Robotern die Schleife, die durch die kinematischen Ketten der Beine mit dem Untergrund gebildet werden wiederholt geschlossen werden. Außerdem muss der Körpermassenschwerpunkt kontinuierlich geregelt werden, um zu vermeiden, dass der Roboter die Balance verliert und umfällt. Weitere Bedingungen werden aktiv, sobald der Roboter mit einem zu manipulierenden Objekt in Kontakt kommt. In diesem Fall müssen nicht nur Kollisionen zwischen dem Objekt, dem Roboter und der Umgebung vermieden werden, sondern auch aufgabenbezogene Bedingungen erfüllt werden. Viele Beispiele für mobile Manipulationsaufgaben, die solche Bedingungen beinhalten sind im Bereich der Objektzustellung zu finden. Die Lieferung eines mit Flüssigkeit gefüllten Gefäßes könnte zum Beispiel erfordern, dass das Objekt während des Transports stets aufrecht gehalten wird. Das Ziehen eines Werkzeugwagens von einem Ort zum anderen würde zusätzlich zu einer Einschränkung der Orientierung erfordern, dass der Greifer des Roboters auf Höhe des Griffs des Transportwagens verbleibt. Andere Beispiele ergeben sich aus Manipulationaufgaben für artikulierte Objekte. Das Öffnen von Schubladen, Türen oder Ventilen setzt voraus, dass der Greifer des Roboters einer linearen Bahn bzw. einem Kreisbogen um die Drehachse des Objekts folgt.<br><br>In der Forschung wurden bereits einige der oben genannten Herausforderungen behandelt und bedeutende Fortschritte in den Bereichen Roboternavigation und -manipulation erzielt. Trotzdem verfolgten bisher nur wenige Forschungsarbeiten das Ziel, das mit den Fähigkeiten moderner mobiler Manipulatoren einhergehende Potential umfassend auszuschöpfen. Für die nächste Generation mobiler Robotersysteme ist zu erwarten, dass Navigation- und Manipulationaufgaben immer mehr miteinander verschmelzen und somit kinematische als auch<br>aufgabenbezogene Bedingungen in der Bewegungsgenerierung gleichzeitig berücksichtigt werden müssen. Der Hauptbeitrag der vorliegenden Arbeit ist es, mobile Robotersysteme mit Fertigkeiten auszustatten, die es ihnen möglich machen, komplexe mobile Manipulationsaufgaben durchzuführen. Hierbei betrachten wir verschiedene Stufen der Autonomie für den Roboter, beginnend mit der Imitation menschlicher Bewegung hin zur autonomen Bewegungsplanung und -ausführung.<br><br>Der Mensch ist aus technischer Sicht ein hervorragendes Beispiel eines mobilen Systems, das in der Lage ist eine große Anzahl von Freiheitsgraden zu kontrollieren und gleichzeitig die Bewegungseinschränkungen, die sich aus Kontakt mit der Umgebung ergeben zu berücksichtigten. Darüber hinaus besitzt der Mensch ein hohes Maß an Intelligenz bezüglich der Interpretation visueller Informationen und des Prozesses der Entscheidungsfindung. Diese Fähigkeiten machen den Wunsch den Menschen als Quelle für die Regelung komplexer<br>künstlicher kinematischer Strukturen miteinzubeziehen offensichtlich. Im Verlaufe des letzten Jahrzehnts sind mehrere erschwingliche, leichte und präzise Bewegungserfassungssysteme auf dem Markt verfügbar geworden, die eine Aufnahme und Untersuchung menschlichen Bewegungsverhaltens sowie die Nutzung von Bewegungsdaten für Roboterapplikationen ermöglichen. Beispiele für solche Systeme sind mechanische Exoskelette, auf Interialsensoren basierende Ganzkörperbewegungserfassungsanzüge und kamerabasierte Bewegungsverfolgungssysteme. Für die Weiterverarbeitung der aus Bewegungsdemonstrationen gewonnen Daten werden typischerweise verschiedene Ansätze verfolgt. Eine erste Möglichkeit besteht darin zunächst Daten mehrerer Demonstrationen zu sammeln und anschließend umfassend zu analysieren um Rückschlüsse auf die zugrundeliegenden Prinzipien menschlicher Bewegung zu ziehen. Alternativ können diese Daten auch genutzt werden, um ein Bewegungsmodell einer Aktion für den Roboter zu lernen. Andere Ansätze verarbeiten die Bewegungsdaten in Echtzeit, um Roboterplattformen direkt anzusteuern. Während die erstgenannten Verfahren darauf abzielen, Roboter mit der Fähigkeit auszustatten, autonom menschenähnliche Bewegungen zu erzeugen, bieten letztere den Vorteil, dass der menschliche Proband fortlaufend Einfluss auf die Bewegung des Roboters nehmen kann. Somit können in jeder Situation angemessene Bewegungskommandos vom Menschen vorgeben werden, was dem Roboter ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit verleiht. Des Weiteren kann das Bild einer auf der Roboterplattform montierten Kamera kontinuierlich zu dem Probanden übertragen werden, um ihm eine Interpretation der aktuellen Lage zu ermöglichen. So kann dieser anhand der visuellen Informationen zum Beispiel den aktuellen Standort des Roboters bestimmen oder zu greifende Objekte auffinden. Zusätzlich ermöglicht dieser Ansatz eine dynamische Anpassung der Roboterbewegung, falls dies aufgrund äußerer Einflüsse erforderlich ist. Auf der anderen Seite gehen mit diesen imitationsbasierten Ansätzen auch eine Menge von Herausforderungen und Einschränkungen einher. Unterscheidet sich zum Beispiel die kinematische Struktur oder Größe des Menschen erheblich von der des Roboters ist eine Abbildung der menschlichen Bewegung auf den Roboter deutlich schwieriger. Wenn die Imitation noch dazu in Echtzeit stattfinden soll ist außerdem nur ein sehr begrenztes Zeitfenster für die Ausführung von Berechnungen verfügbar. Generell gibt es jedoch auch viele Anwendungen, bei denen eine auf dem Menschen basierte Regelung der Roboterbewegung unerwünscht ist. Insbesondere ist dies bei Roboter-Assistenzsystemen der Fall, die als Museumsführer, Haushaltsroboter oder für die Altenpflege eingesetzt werden sollen. In anderen Anwendungsszenarien, bei denen die Kommunikation zwischen Bewegungserfassungssystem und Roboter eine hohe Latenz aufweist oder gänzlich unmöglich ist, sind imitationsbasierte Methoden nur schwierig oder gar nicht umsetzbar. Schwierigkeiten dieser Art treten typischerweise häufig bei dem Einsatz von Roboterplattformen in Katastrophenhilfeszenarien auf.<br><br>All diese Szenarien haben gemein, dass sich der Roboter nicht länger auf menschliches Know-How stützen kann und somit viele rudimentäre Fähigkeiten selbst erlernen muss. Eine Grundvoraussetzung, um autonom handeln zu können ist dabei die Fähigkeit seine eigene Position und Orientierung in der Umgebung zu bestimmen. Des Weiteren muss er in der Lage sein, selbständig den Ort zu bestimmen an den er sich begeben muss um eine bestimmte Objektmanipulationsaufgabe vorzubereiten oder erfolgreich abzuschließen. Um dieses Navigationsziel ausgehend von seiner aktuellen Position zu erreichen, muss wiederum ein mit seinem Bewegungsmodell kompatibler Pfad geplant werden. Außerdem muss der Roboter darauf achten, dass die von einem Objekt in seinem Greifer resultierenden Bewegungsbedingungen entlang des geplanten Pfades eingehalten werden. Durch ungenaue Bewegungsausführung kann es zudem zu Abweichungen vom geplanten Weg kommen, die zu einer Verfehlung des Ziels oder im schlimmsten Fall zu einer Kollision mit anderen Objekten in der Umgebung führen können. Aus diesem Grund muss der Roboter seine Pose anhand von Sensordaten kontinuierlich schätzen und seine Bewegung gegebenenfalls anpassen um eine sichere und präzise Ankunft am gewünschten Zielort gewährleisten zu können.<br><br>Anhand der beschriebenen Herausforderungen wurden folgenden Fragestellungen aus dem Bereich der Bewegungsimitation und -generierung abgeleitet und im Rahmen der vorliegenden Arbeit beantwortet:<br><br>- Wie können menschliche Ganzkörperbewegungen in Echtzeit von einem humanoiden Roboter imitiert werden?<br>- Wie können motorische Defizite von Menschen mit neurologischen Erkrankungen, z.B. der Parkinson-Krankheit, unter Verwendung von Bewegungsimitationstechniken quantifiziert werden?<br>- Wie positionieren sich Menschen relativ zu einem Objekt in Vorbereitung einer Manipulationsaktion und wie kann diese Strategie auf mobile Robotersysteme übertragen werden?<br>- Wie können Bewegungen mobiler Roboter für die Umsetzung komplexer Greif- und Transportaufgaben, unter Berücksichtigung von Kollisionsvermeidung sowie von durch Objekte auferlegte geometrische Bewegungsbedingungen, effizient geplant werden?<br>- Was sind die Anforderungen und Herausforderungen in der Entwicklung eines Roboter-Assistenzsystems für Nutzer die lediglich über eingeschränkte Kommunikationsfähigkeiten verfügen?<br><br>Zunächst stellen wir in dieser Arbeit einen Ansatz vor, der es humanoiden Robotern ermöglicht, menschliche Ganzkörperbewegungen in Echtzeit zu imitieren. Im Gegensatz zu bereits existierenden Ansätzen aus der Literatur berücksichtigt unser Ansatz dabei nicht nur Bewegungen bei denen der Roboter mit beiden Füßen auf dem Boden verbleiben kann, sondern auch die Imitation von Sequenzen die mehrere Standfußwechsel sowie längere Zeitperioden, in denen auf einem Bein balanciert werden muss, beinhalten. Um die Bewegung eines menschlichen Probanden aufzunehmen, nutzen wir einen Ganzkörperanzug, der aus mehreren Interialsensoren besteht und eine drahtlose Übertragung von Bewegungsdaten anbietet. Des Weiteren greifen wir auf eine kompakte Repräsentation des menschlichen Bewegungsmodells zurück um die Echtzeitfähigkeit unseres Systems zu gewährleisten. Jeder von dem Bewegungserfassungssystem zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgenommene Datenpunkt entspricht hierbei einer Ganzkörperpose des Menschen und wird zur Imitation wie folgt weiterverarbeitet. In einem ersten Schritt wird die aufgenommene Pose unter Berücksichtigung der Größenunterschiede zwischen den kinematischen Modellen auf den humanoiden Roboter abgebildet. Anschließend wird die abgebildete Körperhaltung in eine statisch stabile<br>Ganzkörperkonfiguration für den Roboter überführt. Dieser Schritt ist erforderlich, um dem Unterschied der beiden Modelle hinsichtlich ihrer Massenverteilung Rechnung zu tragen. Darüber hinaus muss die Bewegung des Robotermassenschwerpunktes aktiv geregelt werden, um eine sichere Transition zwischen Posen mit ein- und zwei auf dem Boden aufliegenden Fußflächen sicher zu stellen. Ein Schwachstelle imitationsbasierter Ansätze ist jedoch, dass die Qualität der vom Menschen vorgegebenen Bewegung nicht in Frage gestellt wird. Somit haben suboptimale menschliche Bewegungsmuster ein entsprechend schlechtes Bewegungsverhalten des Roboters zur Folge.<br><br>Um diese Problematik zu behandeln stellen wir als nächstes einen Ansatz vor, der dem menschlichen Bewegungsverhalten zugrundeliegende Prinzipien untersucht und quantitativ evaluiert. Dabei stützen wir uns wie zuvor auf Bewegungsdaten von menschlichen Aufgabendemonstrationen, die mittels eines Ganzkörperanzugs aufgezeichnet wurden. Die Grundlage für die vorgestellte Untersuchung bildet eine Handkoordinationsaufgabe, die ausschließlich Bewegungen des Oberkörpers erfordert. Als Referenzgruppe betrachten wir Probanden, deren Krankheitsvorgeschichte nachweislich keinerlei Erkrankungen beinhaltet, die das Bewegungsverhalten beeinflussen. Die Vergleichsgruppe hingegen wird durch Parkinson-Patienten (PD-Patienten) repräsentiert, deren neurologische Beeinträchtigungen bekanntermaßen mit motorischen Bewegungsdefiziten einhergehen. Ziel unseres Ansatzes ist es, die aufgenommenen Bewegungen quantitativ auszuwerten und daraus gruppenspezifische Bewegungsstrategien abzuleiten. Zur Umsetzung verfolgen wir einen zweistufigen Ansatz. Zuerst übertragen wir die aufgenommenen Bewegungen auf ein vereinfachtes virtuelles kinematisches Modell des menschlichen Oberkörpers. Danach wird dieses Modell verwendet, um mittels eines Jacobischen Regelalgorithmus die vorgegebene menschliche Bewegung zu reproduzieren. Zur Parametrisierung des Reglers wird hierbei eine Gewichtung der individuellen Robotergelenkbewegungen eingesetzt. Zur Bestimmung der zur Reproduktion der Bewegung erforderlichen Gelenkgewichte wurde ein iteratives Lernverfahren entwickelt, welches die aufgenommenen menschlichen Gelenktrajektorien als Referenz verwendet. Abschließend werden die Datensätze gelernter Gelenkgewichte für die beiden Gruppen statistisch ausgewertet und mit ihnen assoziierte Bewegungsstrategien abgeleitet.<br><br>Als nächstes stellen wir einen Ansatz vor, der es mobilen Roboterplattformen ermöglicht, eine optimale Standpose zur Vorbereitung oder Ausführung einer nachfolgenden Manipulationsaufgabe autonom auszuwählen. Um bei der Auswahl einer angemessenen Standpose nicht weiter auf den Menschen angewiesen zu sein, beschreiben wir in dieser Arbeit die Greif und Manipulationsfähigkeiten des Roboters durch eine diskretisierte Repräsentation seines Arbeitsbereichs. Die damit assoziierte Datenstruktur, die als Erreichbarkeitskarte bezeichnet wird, entspricht dabei einem räumlichen Gitter, das aus gleich großen Arbeitsraumzellen besteht und die Fähigkeit des Roboters beschreibt, bestimmte Greifziele in seiner unmittelbaren Umgebung zu erreichen. Für die Vorbereitung oder Ausführung von Manipulations- und Greifaktionen ist jedoch exakt die inverse Repräsentation gefragt, d.h. das Greifziel ist gegeben und eine dafür angemessene Standpose soll ermittelt werden. Um diese Repräsentation zu erhalten, erzeugen wir in unserem Ansatz sogenannte inverse Erreichbarkeitskarten, deren Datenstruktur potenzielle Standposen der mobilen Basis relativ zu einem gegebenen Greifziel beschreibt. Anschließend können die in der Karte gespeicherten Qualitätsinformationen genutzt werden, um eine bestmögliche Standpose aus der Menge potenzieller Standposen zu identifizieren.<br><br>Des Weiteren stellen wir in dieser Arbeit ein probabilistisches Bewegungsplanungssystem namens Bidirectional Informed RRT* (BI2RRT*) vor, das zur Erzeugung optimaler Pfade für mobile Manipulationsaufgaben dient. Dieses baut auf dem bereits existierenden Informed-RRT* Planungsalgorithmus auf und erweitert diesen um weitere Eigenschaften. So ist es mit BI2RRT* möglich eine bidirektionale Pfadplanung durchzuführen. Außerdem können beliebige, von Objekten im Greifer auferlegte, geometrische Bewegungseinschränkungen<br>während der Planung berücksichtigt werden. Ist eine Start- und Zielkonfiguration gegeben, führt unser Planungssystem zunächst eine gleichmäßige Abtastung des Konfigurationsraums durch um neue Konfigurationsstichproben zu generieren. Sobald ein erster, jedoch suboptimaler, Lösungspfad gefunden wurde wird auf eine intelligentere Abtaststrategie gewechselt. Durch diese wird in der verbleibenden Planungszeit eine deutlich höhere Konvergenzrate in Richtung der optimalen Lösung erzielt. Geometrische Bewegungseinschränkungen werden zudem durch die Anwendung einer Projektionsmethode auf die genommenen Konfigurationsstichproben während der Planung automatisch behandelt. Eine Evaluierung unseres Ansatzes anhand unterschiedlicher Planungsszenarien ergab, dass unser System in der Lage ist, schnell und zuverlässig qualitativ hochwertige Lösungspfade für komplexe Manipulationsaufgaben zu generieren.<br><br>Zuletzt wird in dieser Arbeit ein mobiles Roboter-Assistenzsystem vorgestellt, das auch von Menschen mit stark eingeschränkten Bewegungs- und Kommunikationsmöglichkeiten genutzt werden kann. Das Gesamtsystem besteht hierbei aus mehreren interagierenden Komponenten. Dazu gehören eine nichtinvasive Aufzeichnung und Decodierung neuronaler Signale, eine semantische Aufgabenplanung, eine Bewegungs- und Manipulationsplanung sowie Umgebungswahrnehmungskomponente. Für die Aufnahme neuronaler Signale wird eine Elektroenzephalographie (EEG) -Kappe verwendet. Zur Decodierung der Signale folgen wir einem auf künstlichen neuronalen Netzwerken basierenden Ansatz. Die aus den EEG-Signalen decodierten Informationen werden anschließend zur Steuerung einer grafischen Benutzerschnittstelle (GUI) verwendet, die von einem semantischen Planer zur Verfügung gestellt wird. Die Benutzeroberfläche wiederum zeigt das Spektrum an möglichen Roboteraktionen an, welches kontinuierlich anhand von Informationen, die von der Roboterplattform oder einem Kamerasystem geliefert werden aktualisiert wird. Sobald der Benutzer mittels der GUI ein gewünschtes Ziel ausgewählt hat, zum Beispiel ”bringe mir ein Glas Wasser”, ermittelt der semantische Planungsalgorithmus die für die Umsetzung erforderliche Sequenz von Roboteraktionen. Anschließend werden die Aktionen sequentiell durch Bewegungsplanungs- und Ausführungstechniken in der realen Welt umgesetzt.<br><br>Alle in dieser Arbeit vorgestellten Verfahren wurden praktisch implementiert und sorgfältig evaluiert. Zudem wurde ihre Anwendbarkeit neben Experimenten in Simulation durch den Einsatz auf realen Roboterplattformen belegt. Zusammenfassend stellt die vorliegende Arbeit somit einen wichtigen Beitrag dar, um mobile Roboter mit der Fähigkeit auszustatten, komplexe Bewegungen imitieren sowie autonom generieren zu können.
2018
eng
doctoral_thesis
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Simulation showed undesirable results for competing risk analysis with time-dependent covariates for clinical outcomes
Poguntke, Inga
Schumacher, Martin
Beyersmann, Jan
Wolkewitz, Martin
Background: We evaluate three methods for competing risks analysis with time-dependent covariates in comparison with the corresponding methods with time-independent covariates<br>Methods: We used cause-specific hazard analysis and two summary approaches for in-hospital death: logistic regression and regression of the subdistribution hazard. We analysed real hospital data (n=1864) and considered pneumonia on admission / hospital-acquired pneumonia as time-independent / time-dependent covariates for the competing events ’discharge alive’ and ’in-hospital death’. Several simulation studies with time-constant hazards were conducted<br>Results: All approaches capture the effect of time-independent covariates, whereas the approaches perform differently with time-dependent covariates. The subdistribution approach for time-dependent covariates detected effects in a simulated no-effects setting and provided counter-intuitive effects in other settings<br>Conclusions: The extension of the Fine and Gray model to time-dependent covariates is in general not a helpful synthesis of the cause-specific hazards. Cause-specific hazard analysis and, for uncensored data, the odds ratio are capable of handling competing risks data with time-dependent covariates but the use of the subdistribution approach should be neglected until the problems can be resolved. For general right-censored data, cause-specific hazard analysis is the method of choice.
2018
eng
article
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BMC medical research methodology. - 18 (2018) , 79, ISSN: 1471-2288
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https://doi.org/10.1186/s12874-018-0535-5
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Development and application of ligand-based cheminformatics tools for drug discovery from natural products
Entwicklung und Anwendung von ligandenbasierten Cheminformatik-Programmen für die Identifizierung von Arzneimitteln aus Naturstoffen
Telukunta, Kiran Kumar
Bioinformatik
Ligand (Biochemie)
Computational chemistry
Datenbank
Datenbanksystem
Arzneimittel
Naturstoff
Anwendungssoftware
Python 3.x
Python 2.7
Django (Informatik)
PostgreSQL
PostgreSQL 9.6
SHELL (Programmiersprache)
Fragmentierung (Informatik)
Docking (Chemie)
Cluster
Statistik
Diabetes mellitus
Entropie (Informationstheorie)
Die Identifizierung kleiner Moleküle aus dem nahezu unendlichen chemischen Raum, die selektiv an ein biologisches Zielprotein binden, ist neben vielen anderen kritischen Schritten in der Arzneimittelentwicklung ein zeitaufwändiger Prozess. Identifizierte Moleküle müssen über ausreichende Verweilzeiten am Wirkstoff-Zielkomplex verfügen, um auf die Funktion des Zielproteins einzuwirken und den gewünschten Phänotyp zu beeinflussen. Darüber hinaus charakterisieren pharmakokinetische und pharmakodynamische Eigenschaften die pharmakologische Aktivität von Molekülen, die in in vivo Studien weiter untersucht werden muss. Schließlich muss die Wirksamkeit des Medikaments im Menschen validiert werden. <br>Die große Zahl der zugelassenen Naturstoffe zeigt deren Bedeutung für die Arzneimittelforschung. Genome-mining kann eingesetzt werden, um eine Vielzahl neuartiger Naturprodukte zu identifizieren. Liganden- oder strukturbasierte virtuelle screening-Methoden unterstützen die Entdeckung neuer therapeutischer Wirkstoffe.<br><br>Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Entwicklung cheminformatischer Werkzeuge, mit deren Hilfe die Grundlagenforschung zur Identifizierung von Leitstrukturen unterstützt werden kann. Die folgenden Anwendungen wurden im Rahmen dieser Arbeit mitentwickelt: <br><br>Text-Mining Werkzeuge mit deren Hilfe Literatur durch die Verarbeitung der natürlichen Sprache evaluiert werden kann, sind zu einem wichtigen Bestandteil der Identifizierung von Interaktionen zwischen Metaboliten, Arzneistoffen und Proteinen geworden und ermöglichen auch die Erkennung von Assoziationen zu Krankheiten in Texten. PubMedPortable ist ein framework mit dessen Hilfe die genannten Biomoleküle und Assoziationen aus Texten extrahiert werden können und dafür eine lokal verfügbare Instanz der PubMedDatenbank bereitstellt.<br><br>NANPDB und StreptomeDB sind biologische Datenbanken, die den verfügbaren chemischen Raum um relevante Wirkstoffe erweitern: NANPDB beschreibt bekannte Naturstoffe aus dem nordafrikanischen Raum und StreptomeDB Moleküle, die in Aktinobakterien produziert werden. Darüber hinaus ermöglichen die bereitgestellten webservices das Abrufen von Informationen über therapeutische Anwendungen, physikalisch-chemische Eigenschaften und Syntheserouten.<br><br>Die strukturelle Aufklärung biosynthetischer Substanzen ist sehr aufwendig. Die Anwendung SeMPI stellt eine pipeline zur Verfügung, mit deren Hilfe Gen-Cluster aus genomischen Daten identifiziert und die Grundstruktur der synthetisierten Naturprodukte vorhergesagt werden kann.<br><br>DVS und FragPred sind Algorithmen zur effizienten Filterung des chemischen Raums in Bezug auf die adressierten Zielproteine bzw. zur Vorhersage der Aktivität eines Moleküls basierend auf bekannten darin enthaltenen aktiven Substrukturen.<br><br>Die cheminformatischen Werkzeuge, die im Rahmen dieser Dissertation entwickelt wurden, sind nützlich für die Gewinnung von Hypothesen zur Medikamentenentwicklung und veranschaulichen die Bedeutung von in silico-Methoden in der modernen Wirkstoffforschung. Anhand einer Fallstudie, der Krankheit Diabetes mellitus, werden die genannten Werkzeuge und deren Bedienung illustriert. Beginnend mit einer Literatursuche und der Bestimmung der verfügbaren Medikamente, folgt die Identifizierung weiterer möglicher Wirkstoffe mithilfe der zur Verfügung gestellten biologischen Datenbanken. Daran anschließend werden für die betreffenden Moleküle Wechselwirkungen mit Proteinen vorhergesagt.
In the drug-discovery identification of small molecules that selectively bind to a biological target from virtually infinite chemical space is a time-consuming crucial step among many other critical steps in drug development. Identified molecules need to possess adequate residence times of drug-target complexes to modulate the function of the target protein and must affect the desirable phenotype. Furthermore, examination of the pharmacological activity of compounds in in vivo studies is required which are characterized by pharmacokinetic and pharmacodynamic properties. Finally, the efficacy of the drug has to be validated in human.<br><br>The huge number of natural products being approved drugs indicates the importance of natural compounds for drug discovery. Genome-mining tools can be applied to identify a substantial number of novel natural products and ligand- or structure-based virtual screening methods will further increase the pace of therapeutic compound discovery. <br><br>The present doctoral thesis focuses on developing cheminformatic tools which aid basic research for lead identification in drug development. The following applications were codeveloped within the scope of this work:<br><br>Tools evaluating existing literature by applying text-mining in natural language processing are becoming an essential part of identifying compound-protein, drug-drug, and protein-protein interactions along with their associations to diseases in literature. PubMedPortable is a framework developed for accessing large-scale biomolecule associated data and bridges the gap between natural language processing components and relation extraction methods by providing a local queryable and searchable instance of the literature.<br>NANPDB annotates thousands of compounds from the Northern African region; StreptomeDB is an updated database of molecules produced by actinobacteria. Both developed libraries contribute significantly to the biologically relevant natural chemical space. Furthermore, provided web services allow for the retrieval of information about a therapeutic application, physicochemical properties, and synthesis routes.<br>Structural elucidation of biosynthetic substances is a hurdle. The developed web tool SeMPI provides a pipeline to identify encoding gene clusters from genomic data and predicts the basic structure of related natural products. <br>DVS offers an algorithm that serves to narrow down the chemical space that has to be screened to identify putative drugs. FragPred provides a solution in another direction by predicting the activity of compounds based on the knowledge of contained active substructures.<br><br>The cheminformatic tools presented in the thesis are useful for creating hypotheses for the discovery of novel drugs to certain diseases. A case study, diabetes mellitus, illustrates these tools and their operation. Starting with finding literature on diabetes mellitus and the identification of existing drugs for treatment, proposes alternative compounds from the presented natural databases. Finally, for the alternative compounds, putative targets are predicted. The manifested drug-discovery cheminformatic tools demonstrate the importance of in silico methods in modern drug discovery.
2018
eng
doctoral_thesis
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Machinery for protein sorting and assembly in the mitochondrial outer membrane
Wiedemann, Nils
Kozjak, Vera
Chacinska, Agnieszka
Schönfisch, Birgit
Rospert, Sabine
Ryan, Michael T.
Pfanner, Nikolaus
Meisinger, Chris
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Nature. - 424, 6948 (2003) , 565-571, ISSN: 0028-0836
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Deficiency of the adaptor SLP-65 in pre-B-cell acute lymphoblastic leukaemia
Jumaa, Hassan
Bossaller, Lukas Friedrich Magnus
Portugal, Karina
Storch, Bettina
Lotz, Michael
Flemming, Alexandra
Schrappe, Martin
Postila, Ville
Riikonen, Pekka
Pelkonen, Jukka
Niemeyer, Charlotte M.
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Nature. - 423, 6938 (2003) , 452-456, ISSN: 0028-0836
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Functional modules and structural basis of conformational coupling in mitochondrial complex I
Hunte, Carola
Zickermann, Volker
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Science. - 329, 5990 (2010) , 448-451, ISSN: 0036-8075
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Cell cycle-dependent regulation of mitochondrial preprotein translocase
Harbauer, Angelika B.
Opalińska, Magdalena
Gerbeth, Carolin
Herman, Josip S.
Rao, Sanjana
Schönfisch, Birgit
Guiard, Bernard
Schmidt, Oliver
Pfanner, Nikolaus
Meisinger, Chris
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Science. - 346, 6213 (2014) , 1109-1113, ISSN: 0036-8075
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Structural analysis of atovaquone-inhibited cytochrome bc1 complex reveals the molecular basis of antimalarial drug action
Birth, Dominic
Kao, Wei-Chun
Hunte, Carola
2014
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Nature Communications. - 5, 1 (2014) , ISSN: 2041-1723
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Umsetzung des 2 %-Ziels für Wildnisgebiete aus der Nationalen Biodiversitätsstrategie
Umsetzung des zwei Prozent - Ziels für Wildnisgebiete aus der Nationalen Biodiversitätsstrategie
Rosental, Gert
Mengel, Andreas
Reif, Albert
Opitz, Stefanie
Schoof, Nicolas Fabian
Reppin, Nicole
2015
ger
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Active control of dye release for neuronal tracing using PEDOT-PSS coated electrodes
Heizmann, Stefanie
Kilias, Antje
Ruther, Patrick
Egert, Ulrich
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Simulation of effects of the electrode structure and material in the density measuring system of the peripheral nerve based on micro-electrical impedance tomography
Behkami, Saber
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Assessing future suitability of tree species under climate change by multiple methods: a case study in southern Germany
Walentowski, Helge
Falk, Wolfgang
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Meinardus, Cathrin
Zang, Christian
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Annals of Forest Research. - 60, 1 (2017) , 101-126, ISSN: 2065-2445
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Microscopic evidence of stishovite generated in low-pressure shock experiments on porous sandstone: Constraints on its genesis
Mansfeld, Ulrich
Langenhorst, Falko
Ebert, Matthias
Kowitz, Astrid
Schmitt, Ralf Thomas
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Meteorit
Meteoritenkrater
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Meteoritics & planetary science. - 52, 7 (2017) , 1449-1464, ISSN: 1945-5100
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Productivity of Fagus sylvatica under climate change – a Bayesian analysis of risk and uncertainty using the model 3-PG
Augustynczik, Andrey L. D.
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Minunno, Francesco
Kahle, Hans-Peter
Diaconu, Daniela
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2D profiles of CO 2 , CH 4 , N 2 O and gas diffusivity in a well aerated soil: measurement and Finite Element Modeling
Maier, Martin
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Direct observation of wind-induced pressure-pumping on gas transport in soil
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Soil Science Society of America journal. - 81, 4 (2017) , 770, ISSN: 1435-0661
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Simulation study to determine necessary sample sizes for image analysis-based quantitative wood anatomy of vessels of beech (Fagus sylvatica)
Diaconu, Daniela
Hackenberg, Jan
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Spiecker, Heinrich
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Dendrochronologia. - 45 (2017) , 35-38, ISSN: 612-0051
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Ecological indicators of Tuber aestivum habitats in temperate European beech forests
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Büntgen, Ulf
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Reply to "Limited Late Antique cooling"
Büntgen, Ulf
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Ljungqvist, Fredrik Charpentier
McCormick, Michael
Di Cosmo, Nicola
Sigl, Michael
Jungclaus, Johann
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New tree-ring evidence from the Pyrenees reveals western Mediterranean climate variability since medieval times
Büntgen, Ulf
Krusic, Paul J.
Verstege, Anne
Sangüesa-Barreda, Gabriel
Wagner, Sebastian
Camarero, J. Julio
Ljungqvist, Fredrik Charpentier
Zorita, Eduardo
Oppenheimer, Clive
Konter, Oliver
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Terrestrial reproduction as an adaptation to steep terrain in African toads
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Low doses of cholera toxin and its mediator cAMP induce CTLA-2 secretion by dendritic cells to enhance regulatory T cell conversion
Silva-Vilches, Cinthia
Pletinckx, Katrien
Lohnert, Miriam
Pavlovic, Vladimir
Ashour, Diyaaeldin
John, Vini
Vendelova, Emilia
Kneitz, Susanne
Zhou, Jie
Chen, Rena
Reinheckel, Thomas
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Bodem, Jochen
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European beech deadwood can increase soil organic carbon sequestration in forest topsoils
Wambsganss, Janna
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Multiscale tomography-based analysis of polymer electrolyte fuel cells : towards a fully resolved gas diffusion electrode reconstruction
Klingele, Matthias
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Journal of electrochemical energy conversion and storage. - 15, 1 (2018) , 014701, ISSN: 2381-6910
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Land-use regime shift triggered the recent degradation of alpine pastures in Nyanpo Yutse of the eastern Qinghai-Tibetan Plateau
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Faßnacht, Fabian Ewald
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Do large carnivores use riparian zones? Ecological implications for forest management
Phoebus, Isobel
Segelbacher, Gernot
Stenhouse, Gordon B.
2017
eng
article
Forest ecology and management. - 402 (2017) , 157-165, ISSN: 0378-1127
https://freidok.uni-freiburg.de/data/142098
https://doi.org/10.1016/j.foreco.2017.07.037
https://freidok.uni-freiburg.de/data/142098
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2023-08-29T09:02:21Z
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Is it time for synthetic biodiversity conservation?
Piaggio, Antoinette J.
Segelbacher, Gernot
Seddon, Philip J.
Alphey, Luke
Bennett, Elizabeth L.
Carlson, Robert H.
Friedman, Robert M.
Kanavy, Dona
Phelan, Ryan
Redford, Kent H.
Rosales, Marina
Slobodian, Lydia
Wheeler, Keith
2017
eng
article
Trends in ecology and evolution. - 32, 2 (2017) , 97-107, ISSN: 1872-8383
https://freidok.uni-freiburg.de/data/142099
https://doi.org/10.1016/j.tree.2016.10.016
https://freidok.uni-freiburg.de/data/142099
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2023-07-06T11:21:04Z
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Structure of Interfaces in Cu|Au Nanolaminates
Gola, Adrien
Pastewka, Lars
2018
eng
book_part
NIC Symposium 2018. - Jülich : Binder, Kurt (Hrsg., u.a.), 2018. - 247 - 254, ISBN: 978-3-95806-285-6
https://freidok.uni-freiburg.de/data/143788
https://freidok.uni-freiburg.de/data/143788
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2023-02-21T09:31:03Z
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DHX9 suppresses RNA processing defects originating from the Alu invasion of the human genome
Aktaş, Tuğçe
Avşar Ilık, İbrahim
Maticzka, Daniel
Bhardwaj, Vivek
Pessoa Rodrigues, Cecilia
Mittler, Gerhard
Manke, Thomas
Backofen, Rolf
Akhtar, Asifa
2017
eng
article
Nature. - 544, 7648 (2017) , 115-119, ISSN: 0028-0836
https://freidok.uni-freiburg.de/data/143834
https://doi.org/10.1038/nature21715
https://freidok.uni-freiburg.de/data/143834
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2023-07-12T12:33:25Z
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UAV-derived habitat predictors contribute strongly to understanding avian species-habitat relationships on the eastern Qinghai-Tibetan Plateau
Fritz, Andreas
Li, Li
Storch, Ilse
Koch, Barbara
Species–habitat relationships are of core interest in ecological studies. In this research, we explored the potential of small, unmanned aerial vehicles (UAVs) to derive a comprehensive set of habitat predictors to explain distribution variance of an alpine bird community in Jikdril county, on the eastern Qinghai-Tibetan Plateau (QTP). In 2014 and 2015, we carried out two breeding season bird surveys on 140 plots, from eight sample blocks in the Nyanpo Yutse region. In summer 2014, we conducted 39 flights over the eight sample blocks, and obtained 5500 images which covered 45 km2 of alpine grassland habitat. We used photogrammetry software to generate high-resolution orthophotos and digital surface models with an average pixel size of 13 cm. We derived both 3D- and 2D-UAV-based models as habitat predictors used to analyze explained variance in the local bird community at four different sample scales (plot radii of 50 m, 100 m, 150 m and 200 m). We performed canonical correspondence analyses (CCA), with a model-building approach based on permutation. Furthermore, the proportion of total variance explained by each predictor group was calculated, and analysis of results showed that UAV data derived predictors played a significant role in explaining the variance of the sampled bird community on the QTP. In particular, 3D-based predictors contributed strongly to the explanation of variance (50 m: 45.44%, 100 m: 44.60%, 150 m: 49.21%, 200 m: 36.22% of the total explained variance per sample size), followed by 2D-based predictors over the same four sample scales (50 m: 35.45%, 100 m: 34.57%, 150 m: 31.19%, 200 m: 39.48%). Our results indicate that a sample plot scale of 150–200 m radius leads to the most comprehensive explanation of variance (all predictors: 39.59%, P < 0.0001 and 39.13% P < 0.0001). UAV data provide us with fine-scale (10 cm resolution) continuous raster data on land cover, topographic and landscape features, which are hard to acquire with conventional habitat measurements. We therefore successfully demonstrate the performance of UAV-derived data in facilitating ecological research at different spatial scales.
2018
eng
article
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Remote sensing in ecology and conservation. - 4, 1 (2018) , 53-65, ISSN: 2056-3485
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/145039
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1450396
https://doi.org/10.1002/rse2.73
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/145039
https://freidok.uni-freiburg.de/data/145039
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2023-07-12T12:27:09Z
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Rewilding cultural landscape potentially puts both avian diversity and endemism at risk : a Tibetan Plateau case study
Li, Li
Tietze, Dieter Thomas
Fritz, Andreas
Lü, Zhi
Bürgi, Matthias
Storch, Ilse
2018
eng
article
Biological conservation. - 224 (2018) , 75-86, ISSN: 0006-3207
https://freidok.uni-freiburg.de/data/145040
https://doi.org/10.1016/j.biocon.2018.05.008
https://freidok.uni-freiburg.de/data/145040
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2023-07-10T12:49:04Z
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New dendroarchaeological evidence of water well constructions reveals advanced Early Neolithic craftsman skills
Rybníček, Michal
Chlup, Tomáš
Kalábek, Marek
Kalábková, Pavlína
Kočár, Petr
Kyncl, Tomáš
Muigg, Bernhard
Tegel, Willy
Vostrovská, Ivana
Kolář, Tomáš
2018
eng
article
Dendrochronologia. - 50 (2018) , 98-104, ISSN: 1612-0051
https://freidok.uni-freiburg.de/data/145168
https://doi.org/10.1016/j.dendro.2018.06.003
https://freidok.uni-freiburg.de/data/145168
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2023-07-10T11:40:19Z
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Nutzungsintensität in Kleinstprivatwäldern : Vielfalt auf kleiner Fläche
Unseld, Rüdiger
2018
ger
article
Natur und Landschaft. - 93, 7 (2018) , 323 - 331, ISSN: 0028-0615
https://freidok.uni-freiburg.de/data/145249
https://doi.org/10.17433/7.2018.50153597.323-331
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2023-07-03T13:21:42Z
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Leaders, networks and the social context : a relational leadership approach to regional renewable energy self-sufficiency
Ruppert, Chantal Isabell
2018
eng
article
Journal of cleaner production. - 193 (2018) , 811-832, ISSN: 0959-6526
https://freidok.uni-freiburg.de/data/145287
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.05.001
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2023-06-29T12:01:29Z
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Morphological response of a cactus to cement dust pollution
Drack, Juan Manuel E.
Vázquez, Diego P.
2018
eng
article
Ecotoxicology and environmental safety. - 148 (2018) , 571-577, ISSN: 1090-2414
https://freidok.uni-freiburg.de/data/145425
https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.10.046
https://freidok.uni-freiburg.de/data/145425
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2023-05-23T11:12:49Z
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Agricultural research, or a new bioweapon system?
Reeves, Richard Guy
Vöneky, Silja
Caetano-Anollés, D.
Beck, Felix
Boëte, Christophe
2018
eng
article
Science. - 362, 6410 (2018) , 35-37, ISSN: 1095-9203
https://freidok.uni-freiburg.de/data/146126
https://doi.org/10.1126/science.aat7664
https://freidok.uni-freiburg.de/data/146126
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2022-09-05T13:57:42Z
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Mathematical modeling of RBC count dynamics after blood loss
Tetschke, Manuel
Lilienthal, Patrick
Pottgießer, Torben
Fischer, Thomas
Schalk, Enrico
Sager, Sebastian
The regeneration of red blood cells (RBCs) after blood loss is an individual complex process. We present a novel simple compartment model which is able to capture the most important features and can be personalized using parameter estimation. We compare predictions of the proposed and personalized model to a more sophisticated state-of-the-art model for erythropoiesis, and to clinical data from healthy subjects. We discuss the choice of model parameters with respect to identifiability. We give an outlook on how extensions of this novel mathematical model could have an important impact for personalized clinical decision support in the case of polycythemia vera (PV). PV is a slow-growing type of blood cancer, where especially the production of RBCs is increased. The principal treatment targeting the symptoms of PV is bloodletting (phlebotomy), at regular intervals that are based on personal experiences of the physicians. Model-based decision support might help to identify optimal and individualized phlebotomy schedules
2018
eng
article
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Processes. - 6, 9 (2018) , 157, ISSN: 2227-9717
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https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1468601
https://doi.org/10.3390/pr6090157
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2019-03-18T17:42:07Z
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On the sobolev inequality for riemannian foliations
Sun, Zhiqiang
Das Ziel dieser Dissertation besteht darin, die Sobolev-Ungleichung f¨ur die W1,2 -Sobolev-Grundfunktionen einer riemannschen Bl¨atterung zu untersuchen, als eine Verallgemeinerung der klassichen Sobolev-Ungleichungen f¨ur die euklidischen R¨aume und die riemannschen Mannigfaltigkeiten. Insbesondere werden wir versuchen, eine optimale Sobolev-Ungleichung f¨ur die riemannschen Bl¨atterungen mit spezialen Annahmen zu beweisen, n¨amlich wenn es nur endlich viele minimale abgeschlossene Bl¨atter einer riemannschen Bl¨atterung gibt und die Kodimension der Bl¨atterung nicht kleiner als 5 ist.<br>Aufgrund des Lehrsatzes von P.Molino ¨uber die Struktur der Bl¨atter einer riemannschen Bl¨atterung k¨onnen wir die Untersuchung dieses Problems in die Untersuchung einer Ungleichung hinsichtlich der SO(q)-invarianten Funktionen auf einem Grundmannigfaltigkeit BF mit einer SO(q)-Gruppenaktion verwandeln, mit diesem Trick k¨onnen wir viel einfacher diskutieren, als direkt auf der originalen Mannigfaltigkeit zu untersuchen. Auf dieser Mannigfaltigkeit brauchen wir nur diese gezielte Ungleichung in verschiedenen tubularen Umgebungen der Bahnen unter der SO(q)-Gruppenaktion zu beweisen und der erste Schritt, n¨amlich der Beweis der schwachen Ungleichungen, kann auch sehr leicht realisiert werden. Aber der Fall der optimalen Ungleichung ist total kompliziert, man muss einen Widerspruchsbeweis verwenden und ein Blow-up-Argument durchsetzen, wie im Fall der riemannschen Mannigfaltigkeiten.<br>In dieser Dissertation werden zuerst im ersten Kapitel die klassichen Ergebnisse ¨uber die Sobolev-Ungleichung in den F¨allen der euklidischen R¨aume und der riemannschen Mannigfaltigkeiten vorgestellt, dann werden wir auch in diesem Kapitel den Rahmen der Verallgemeinerung festlegen und unsere zwei Hauptergebnise vorstellen. Im zweiten Kapitel werden die grundlegenden Kenntnisse ¨uber Bl¨atterungen und riemannsche Bl¨atterungen vorgestellt, die schon ganz ausf¨uhrlich in den B¨uchern [19],[24] vorgestellt worden sind. Außerdem werden auch einige sehr wichtige, rechnerische Ergebnisse im Ende des zweiten Kapitels dargestellt, die der weiteren Anwendung in den ¨ubrigen Kapiteln zugrunde liegen. Im dritten Kapitel werden wir unsere Diskussion im zweiten Kapitel anwenden und die schwachen Ungleichungen beweisen, im vierten Kapitel werden wir die Blowup-Analysis durchsetzen und endlich unsere gezielte optimale Ungleichung beweisen.
2018
eng
doctoral_thesis
pdf
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149178
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1491783
https://doi.org/10.6094/UNIFR/149178
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149178
oai:freidok.uni-freiburg.de:149185
2022-09-05T14:02:15Z
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Interleukin-22 protects intestinal stem cells against genotoxic stress
Gronke, Konrad
Hernández, Pedro P.
Zimmermann, Jakob
Klose, Christoph S. N.
Kofoed-Branzk, Michael
Guendel, Fabian
Witkowski, Mario
Tizian, Caroline
Amann, Lukas
Schumacher, Fabian
Glatt, Hansruedi
Triantafyllopoulou, Antigoni
Diefenbach, Andreas
Interleukin 22
Stammzelle
Mutagenität
2019
eng
article
Nature. - 566, 7743 (2019) , 249-253, ISSN: 1476-4687
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149185
https://doi.org/10.1038/s41586-019-0899-7
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149185
oai:freidok.uni-freiburg.de:149193
2019-03-25T09:27:22Z
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On dualities of random graphs and branching processes with disasters to Piecewise deterministic Markov processes
Hermann, Felix
Markov-Prozess
Zufallsgraph
Verzweigungsprozess
This thesis is based on the interconnection between three classes of stochastic processes:<br>As links between branching processes and random graphs frequently appear in the literature, we add to that a connection between birth-death processes with disasters and duplication-based random graphs with edge deletion. For the third class of processes, i.e. a class of piecewise deterministic Markov processes we call p-jump processes, duality relations to a general class of branching processes with disasters as well as to duplication-based random graphs will be shown. Precise limit results we obtain for p-jump processes will be transferred to the other classes. Several possible generalisations of these dualities will be discussed.<br>Furthermore, limit results for degrees, cliques and star-like sub-graphs of the duplication graph model will be derived using martingale methods. Lastly, we outline an approach for the analysis of the sub-graph of non-isolated vertices via p-jump processes.
2019
eng
doctoral_thesis
pdf
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149193
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1491930
https://doi.org/10.6094/UNIFR/149193
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oai:freidok.uni-freiburg.de:149210
2024-02-28T14:57:58Z
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Spatial and temporal heterogeneity of mouse and human microglia at single-cell resolution
Masuda, Takahiro
Sankowski, Roman
Staszewski, Ori
Böttcher, Chotima
Amann, Lukas
Scheiwe, Christian
Sagar, Sagar
Nessler, Stefan
Kunz, Patrik
Loo, Geert van
Coenen, Volker Arnd
Reinacher, Peter C.
Michel, Anna
Sure, Ulrich
Gold, Ralf
Grün, Dominic
Priller, Josef
Stadelmann, Christine
Prinz, Marco
Mikroglia
Nervensystem
Nervendegeneration
Encephalitis
Immunohistologie
2019
eng
article
Nature. - 566 (2019) , 388–392, ISSN: 1476-4687
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149210
https://doi.org/10.1038/s41586-019-0924-x
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149210
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2022-09-05T14:02:18Z
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ddc:572
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Cu transport by the extended family of CcoA-like transporters (CalT) in proteobacteria
Zhang, Yang
Blaby-Haas, Crysten E.
Steimle, Stefan
Verissimo, Andreia F.
Koch, Hans-Georg
Garcia-Angulo, Victor A.
Daldal, Fevzi
Khalfaoui-Hassani, Bahia
Rhodopseudomonas palustris
Agrobacterium tumefaciens
Escherichia coli
Proteobakterien
Comparative genomic studies of the bacterial MFS-type copper importer CcoA, required for cbb3-type cytochrome c oxidase (cbb3-Cox) biogenesis, revealed a widespread CcoA-like transporters (CalT) family, containing the conserved CcoA Cu-binding MxxxM and HxxxM motifs. Surprisingly, this family also included the RfnT-like proteins, earlier suggested to transport riboflavin. However, presence of the Cu-binding motifs in these proteins raised the possibility that they might be Cu transporters. To test this hypothesis, the genomic context of the corresponding genes was examined, and three of such genes from Ochrobactrum anthropi, Rhodopseudomonas palustris and Agrobacterium tumefaciens were expressed in Escherichia coli (ΔribB) and Rhodobacter capsulatus (ΔccoA) mutants. Copper and riboflavin uptake abilities of these strains were compared with those expressing R. capsulatus CcoA and Rhizobium leguminosarum RibN as bona fide copper and riboflavin importers, respectively. Overall data demonstrated that the “RfnT-like” CalT proteins are unable to efficiently transport riboflavin, but they import copper like CcoA. Nevertheless, even though expressed and membrane-localized in a R. capsulatus mutant lacking CcoA, these transporters were unable to accumulate Cu or complement for cbb3-Cox defect. This lack of functional exchangeability between the different subfamilies of CalT homologs suggests that MFS-type bacterial copper importers might be species-specific.
2019
eng
article
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Scientific reports. - 9, 1 (2019) , 1208, ISSN: 2045-2322
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149242
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1492428
https://doi.org/10.1038/s41598-018-37988-4
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oai:freidok.uni-freiburg.de:149506
2022-09-05T14:02:38Z
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Author correction: Post-stroke insomnia in community-dwelling patients with chronic motor stroke: physiological evidence and implications for stroke care
Sterr, Annette
Kuhn, Marion
Nissen, Christoph
Ettine, Deviana
Funk, Sarah
Feige, Bernd
Umarova, Roza M.
Urbach, Horst
Weiller, Cornelius
Riemann, Dieter
2019
eng
article
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Scientific reports. - 9, 1 (2019) , 4958, ISSN: 2045-2322
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149506
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1495063
https://doi.org/10.1038/s41598-018-36813-2
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2019-05-08T11:58:53Z
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Cohomological descent for logarithmic differential forms in the log etale topology
Vetere, Elmiro
In dieser Dissertation beweisen wir kohomologischen Abstieg zwischen dem (kleinen) etalen Situs und dem logarithmischen Situs für die Garbe der logarithmischen Differentialformen. Die existierenden Methoden in der Literatur erlauben uns, kohomologischen Abstieg für eine größere Klasse von Garben zu beweisen. Insbesondere vergleichen wir die Kummer log etale Kohomologie mit der etalen Kohomologie für quasi-kohärente Garben auf dem Kummer log etalen Situs. Damit beweisen wir, dass Morphismen von log Schemata, für die der zugrundeliegende Morphismus von Schemata affin ist, triviale höhere direkte Bilder für ket lokal klassische quasi-kohärente Garben auf dem Kummer log etalen Situs haben. In derselben Weise vergleichen wir die log etale Kohomologie mit der etalen Kohomologie für klassische Vektorbündel auf dem log etalen Situs. Wir geben außerdem einen Beweis für die als bekannt angesehenen Tatsache, dass log reguläre log Schemata rational singulär sind. Der Fall von Zariski log Schemata wurde bereits von K. Kato behandelt. Wir geben einen Beweis für den Fall von etalen log Schemata. Als letzte Anwendung definieren wir algebraische log de Rham Kohomologie für fs log Schemata, mithilfe des log etalen Situs. Das liefert einen neuen Beweis für den Satz von A. Ogus, über die Verallgemeinerung algebraischer de Rham Kohomologie für Schemata mit torischen Singularitäten.
2018
eng
doctoral_thesis
pdf
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149507
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1495072
https://doi.org/10.6094/UNIFR/149507
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149507
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2022-09-05T14:02:38Z
pub-type:article
ddc:500
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Genome-wide association study identifies genetic loci for self-reported habitual sleep duration supported by accelerometer-derived estimates
Dashti, Hassan S.
Jones, Samuel E.
Wood, Andrew R.
Lane, Jacqueline M.
Hees, Vincent T. van
Wang, Heming
Rhodes, Jessica A.
Song, Yanwei
Patel, Krunal
Anderson, Simon G.
Beaumont, Robin N.
Bechtold, David A.
Bowden, Jack
Cade, Brian E.
Garaulet, Marta
Kyle, Simon D.
Little, Max A.
Loudon, Andrew S.
Luik, Annemarie I.
Scheer, Frank A. J. L.
Spiegelhalder, Kai
Tyrrell, Jessica
Gottlieb, Daniel J.
Tiemeier, Henning
Ray, David
Purcell, Shaun M.
Frayling, Timothy M.
Redline, Susan
Lawlor, Deborah A.
Rutter, Martin K.
Weedon, Michael N.
Saxena, Richa
Sleep is an essential state of decreased activity and alertness but molecular factors regulating sleep duration remain unknown. Through genome-wide association analysis in 446,118 adults of European ancestry from the UK Biobank, we identify 78 loci for self-reported habitual sleep duration (p < 5 × 10−8; 43 loci at p < 6 × 10−9). Replication is observed for PAX8, VRK2, and FBXL12/UBL5/PIN1 loci in the CHARGE study (n = 47,180; p < 6.3 × 10−4), and 55 signals show sign-concordant effects. The 78 loci further associate with accelerometer-derived sleep duration, daytime inactivity, sleep efficiency and number of sleep bouts in secondary analysis (n = 85,499). Loci are enriched for pathways including striatum and subpallium development, mechanosensory response, dopamine binding, synaptic neurotransmission and plasticity, among others. Genetic correlation indicates shared links with anthropometric, cognitive, metabolic, and psychiatric traits and two-sample Mendelian randomization highlights a bidirectional causal link with schizophrenia. This work provides insights into the genetic basis for inter-individual variation in sleep duration implicating multiple biological pathways.
2019
eng
article
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Nature communications. - 10, 1 (2019) , 1100, ISSN: 2041-1723
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149510
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1495108
https://doi.org/10.1038/s41467-019-08917-4
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/149510
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149510
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2022-09-05T14:02:38Z
pub-type:article
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Complex formation of APP with GABAB receptors links axonal trafficking to amyloidogenic processing
Dinamarca, Margarita C.
Raveh, Adi
Schneider, Andy
Fritzius, Thorsten
Früh, Simon
Rem, Pascal D.
Stawarski, Michal
Lalanne, Txomin
Turecek, Rostislav
Choo, Myeongjeong
Besseyrias, Valérie
Bildl, Wolfgang
Bentrop, Detlef
Staufenbiel, Matthias
Gassmann, Martin
Fakler, Bernd
Schwenk, Jochen
Bettler, Bernhard
GABAB receptors (GBRs) are key regulators of synaptic release but little is known about trafficking mechanisms that control their presynaptic abundance. We now show that sequence-related epitopes in APP, AJAP-1 and PIANP bind with nanomolar affinities to the N-terminal sushi-domain of presynaptic GBRs. Of the three interacting proteins, selectively the genetic loss of APP impaired GBR-mediated presynaptic inhibition and axonal GBR expression. Proteomic and functional analyses revealed that APP associates with JIP and calsyntenin proteins that link the APP/GBR complex in cargo vesicles to the axonal trafficking motor. Complex formation with GBRs stabilizes APP at the cell surface and reduces proteolysis of APP to Aβ, a component of senile plaques in Alzheimer’s disease patients. Thus, APP/GBR complex formation links presynaptic GBR trafficking to Aβ formation. Our findings support that dysfunctional axonal trafficking and reduced GBR expression in Alzheimer’s disease increases Aβ formation.
2019
eng
article
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Nature communications. - 10, 1 (2019) , 1331, ISSN: 2041-1723
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149511
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1495117
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09164-3
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2022-09-05T14:02:41Z
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Author correction: Molecular mechanism for the control of virulent Toxoplasma gondii infections in wild-derived mice
Murillo-León, Mateo
Müller, Urs B.
Zimmermann, Ines
Singh, Shishir
Widdershoven, Pia
Campos, Cláudia
Alvarez, Catalina
Könen-Waisman, Stephanie
Lukes, Nahleen
Ruzsics, Zsolt
Howard, Jonathan C.
Schwemmle, Martin
Steinfeldt, Tobias
2019
eng
article
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Nature communications. - 10, 1 (2019) , 1645, ISSN: 2041-1723
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149542
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1495423
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09648-2
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2022-09-05T14:02:43Z
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Mitochondrial DNA mutations and respiratory chain dysfunction in idiopathic and connective tissue disease-related lung fibrosis
Jaeger, Veronika K.
Lebrecht, Dirk
Nicholson, Andrew G.
Wells, Athol
Bhayani, Harshil
Gazdhar, Amiq
Tamm, Michael
Venhoff, Nils
Geiser, Thomas
Walker, Ulrich A.
2019
eng
article
pdf
Scientific Reports. - 9, 1 (2019) , 5500, ISSN: 2045-2322
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https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1495681
https://doi.org/10.1038/s41598-019-41933-4
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2019-05-15T08:44:45Z
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Finite element discretization and iterative solution of total variation regularized minimization problems and application to the simulation of rate-independent damage evolutions
Milicevic, Marijo
Schädigung
Numerische Mathematik
Finite-Elemente-Methode
Nichtlineare partielle Differentialgleichung
Adaptives Verfahren
Bildverarbeitung
Optimierung
The total variation regularization of optimization problems plays an important role in various applications like image processing and continuum mechanics. In contrast to Sobolev functions, functions with bounded total variation may jump across lower-dimensional subsets. This feature is particularly interesting in applications where solutions that develop sharp transitions between different ``phases'' are desired. For example, image processing models should be designed in such a way that sharp edges in the image are preserved. In continuum mechanics it is in some cases desirable to suggest models which provide solutions that are allowed to exhibit spatial jumps, e.g., in the modelling of the evolution of damage in concrete. However, while the usage of total variation regularization is appealing from the viewpoint of mathematical modelling, the development of efficient and reliable numerical methods for minimization problems including a total variation term is challenging due to the non-differentiability of the total variation.<br><br>An overview of existing numerical methods for a finite element discretization of a popular (bilaterally constrained) total variation minimization problem from image processing - namely the Rudin-Osher-Fatemi (ROF) problem - is given. The stability and convergence of three classes of algorithms is addressed and numerical comparisons are presented to identify the most efficient iterative scheme for our purposes.<br><br>Out of all approaches for total variation minimization, the alternating direction method of multipliers (ADMM), which is a flexible method to solve a large class of convex minimization problems, is analyzed in more detail. Advantages of the ADMM are its unconditional convergence with respect to the involved step size and its direct apllicability. However, the speed of convergence critically depends on the step size. In this thesis, variable step sizes are considered for the ADMM and an adjustment rule for the step size, which relies on the monotonicity of the residual, is proposed to accelerate the algorithm. Numerical experiments reveal significant improvements over established variants of the ADMM.<br><br>When dealing with functions with bounded variation, which may exhibit spatial jumps, the appropriate resolution of the jump sets is important to improve approximation properties of finite element functions and to reduce computational costs. Therefore, adaptive mesh refinement techniques which generate meshes that are refined locally in a neighborhood of jump sets of functions with bounded variation are promising. The primal-dual gap is a natural upper bound for the energy error for convex minimization problems and therefore naturally defines a reliable error estimator for any functions that are feasible for the primal convex minimization problem and the associated dual problem. Particularly, for the derivation of the reliability of the primal-dual gap error estimator the involved functionals need not be differentiable. An abstract a posteriori error estimate is established and is applied to the nonlinear Laplace problem and the ROF problem. The primal-dual gap error estimator is used to define adaptive finite element schemes and numerical experiments illustrate the accurate, local mesh refinement, the reliability and the moderate overestimation of the error estimator.<br><br>The observations made with regards to the approximation of the (bilaterally constrained) ROF problem are finally used for the numerical simulation of a rate-independent, partial, isotropic damage evolution with a total variation regularized damage variable. Discrete solutions are obtained using an alternate time-discrete scheme in which the nonsmooth optimization problem corresponding to the damage variable is solved in each time step using the ADMM with variable step sizes. A discrete version of a semistable energetic formulation of the rate-independent system is proven and numerical results for two benchmark problems from engineering are presented.
2018
eng
doctoral_thesis
pdf
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149583
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1495830
https://doi.org/10.6094/UNIFR/149583
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149583
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2022-09-05T14:02:44Z
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Rare variants in SLC5A10 are associated with serum 1,5-anhydroglucitol (1,5-AG) in the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) Study
Loomis, Stephanie J.
Köttgen, Anna
Li, Man
Tin, Adrienne
Coresh, Josef
Boerwinkle, Eric
Gibbs, Richard
Muzny, Donna
Pankow, James
Selvin, Elizabeth
Duggal, Priya
Genetik
Serum 1,5-anhydroglucitol (1,5-AG) is an emerging biomarker used to monitor glycemic control in persons with diabetes. We performed whole-exome sequencing, examining the association between rare, coding genetic variants and 1,5-AG among European ancestry (N = 6,589) and African ancestry (N = 2,309) participants without diagnosed diabetes in the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) Study. Five variants representing 3 independent signals on chromosome 17 in SLC5A10, a glucose transporter not previously known to transport 1,5-AG, were associated with 1,5-AG levels up to 10.38 µg/mL lower per allele (1,5-AG range 3.4–32.8 µg/mL) in the European ancestry sample and validated in the African ancestry sample. Together these variants explained 6% of the variance in 1,5-AG. Two of these variants (rs61741107, p = 8.85E-56; rs148178887, p = 1.13E-36) were rare, nonsynonymous, and predicted to be damaging or deleterious by multiple algorithms. Gene-based SKAT-O analysis supported these results (SLC5A10 p = 5.13E-64 in European ancestry, validated in African ancestry, p = 0.006). Interestingly, these novel variants are not associated with other biomarkers of hyperglycemia or diabetes (p > 0.2). The large effect sizes and protein-altering, multiple independent signals suggest SLC5A10 may code for an important transporter of 1,5-AG in the kidney, with a potential nonglucose-related effect on 1,5-AG, impacting its clinical utility as a diabetes biomarker in this subpopulation.
2019
eng
article
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Scientific reports. - 9 (2019) , 5941, ISSN: 2045-2322
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149664
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1496644
https://doi.org/10.1038/s41598-019-42202-0
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149664
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2019-07-09T09:39:13Z
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Comparison of stochastic processes by Markov projection and functional Itô calculus
Köpfer, Benedikt
Semimartingal
Markov-Prozess
Stochastische Ordnung
In this thesis a systematic approach to the comparison of stochastic processes is pursued. In particular the classes of Markov processes and semimartingales are considered. Comparison results for the one-dimensional marginals of Markov processes are established and then transferred to semimartingales by the method of Markov projections. Also a direct comparison of one-dimensional marginals of general semimartingales is accomplished. This then is generalized to more-dimensional marginals by functional Itô calculus.
2019
eng
doctoral_thesis
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149816
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1498165
https://doi.org/10.6094/UNIFR/149816
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2022-09-05T14:03:04Z
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E47 modulates hepatic glucocorticoid action
Hemmer, M. Charlotte
Wierer, Michael
Schachtrup, Kristina
Downes, Michael
Hübner, Norbert
Evans, Ronald M.
Uhlenhaut, Nina Henriette
2019
eng
article
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Nature communications. - 10 (2019) , 306, ISSN: 2041-1723
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https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1499107
https://doi.org/10.1038/s41467-018-08196-5
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/149910
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2022-09-05T14:03:10Z
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Annexin A7 is required for ESCRT III-mediated plasma membrane repair
Sønder, Stine Lauritzen
Boye, Theresa Louise
Tölle, Regine
Dengjel, Jörn
Maeda, Kenji
Jäättelä, Marja
Simonsen, Adam Cohen
Jaiswal, Jyoti K.
Nylandsted, Jesper
Annexine
2019
eng
article
pdf
Scientific reports. - 9 (2019) , 6726, ISSN: 2045-2322
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149934
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1499340
https://doi.org/10.1038/s41598-019-43143-4
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/149934
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149934
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2022-09-05T14:03:11Z
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Oligomeric self-association contributes to E2A-PBX1-mediated oncogenesis
Lin, Chiou-Hong
Wang, Zhong
Duque Afonso, Jesus
Wong, Stephen Hon-Kit
Demeter, Janos
Loktev, Alexander V.
Somervaille, Tim C. P.
Jackson, Peter K.
Cleary, Michael L.
Carcinogenese
2019
eng
article
pdf
Scientific reports. - 9 (2019) , 4915, ISSN: 2045-2322
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/149935
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1499358
https://doi.org/10.1038/s41598-019-41393-w
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/149935
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2022-09-05T14:03:10Z
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Serum of patients with acute myocardial infarction prevents inflammation in iPSC-cardiomyocytes
Sattler, Katherine
El-Battrawy, Ibrahim
Zhao, Zhihan
Schrottenberg, Christoph
Yücel, Gökhan
Lan, Huan
Li, Xin
Lang, Siegfried
Zimmermann, Wolfram-Hubertus
Cyganek, Lukas
Utikal, Jochen
Wieland, Thomas
Ravens, Ursula
Bieback, Karen
Borggrefe, Martin
Zhou, Xiao‐Bo
Akin, Ibrahim
Acute myocardial infarction (MI) evokes a systemic inflammatory response and locally the degradation of the necrotic tissue, followed by scar formation. The mechanisms for containment of the infarct zone are not studied well. The study aimed to examine the response of healthy cardiomyocytes to serum of patients with myocardial infarction. Human iPSC-cardiomyocytes (iPSC-CM) generated from two healthy donors were incubated with serum of patients with MI with and without ventricular fibrillation (VF) or of healthy controls. Different cell adhesion molecules were studied by flow cytometry and immunostaining. Cellular electrophysiology was studied by patch clamp. The cell adhesion molecules CD54/ICAM-1, CD58/LFA-3 and CD321/JAM-A were expressed on iPSC-CM within the plasma membrane. Incubation with serum of MI patients reduced the levels of expression of CD54/ICAM-1 and CD321/JAM-A by 15–20%. VF serum was less effective than serum of MI patients without VF. MI serum or VF serum did not affect resting potential, action potential duration or maximum depolarization velocity. Myocardial infarction serum exerts anti-inflammatory effects on healthy cardiomyocytes without affecting their electrical activity, thus helping to contain the infarct zone and to protect healthy tissue. Ventricular fibrillation during MI drives healthy cardiomyocytes towards a pro-inflammatory phenotype.
2019
eng
article
pdf
Scientific reports. - 9 (2019) , 5651, ISSN: 2045-2322
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/149936
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1499361
https://doi.org/10.1038/s41598-019-42079-z
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/149936
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oai:freidok.uni-freiburg.de:150079
2022-09-05T14:03:24Z
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Bone marrow central memory and memory stem T-cell exhaustion in AML patients relapsing after HSCT
Noviello, Maddalena
Manfredi, Francesco
Ruggiero, Eliana
Perini, Tommaso
Oliveira, Giacomo
Cortesi, Filippo
De Simone, Pantaleo
Toffalori, Cristina
Gambacorta, Valentina
Greco, Raffaella
Peccatori, Jacopo
Casucci, Monica
Casorati, Giulia
Dellabona, Paolo
Onozawa, Masahiro
Teshima, Takanori
Griffioen, Marieke
Halkes, Constantijn J. M.
Falkenburg, Johan. H. Frederik
Stölzel, Friedrich
Altmann, Heidi
Bornhäuser, Martin
Waterhouse, Miguel
Zeiser, Robert
Finke, Jürgen
Cieri, Nicoletta
Bondanza, Attilio
Vago, Luca
Ciceri, Fabio
Bonini, Chiara
Akute myeloische Leukämie
Homotransplantation
Tumorimmunologie
The major cause of death after allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantation (HSCT) for acute myeloid leukemia (AML) is disease relapse. We investigated the expression of Inhibitory Receptors (IR; PD-1/CTLA-4/TIM-3/LAG-3/2B4/KLRG1/GITR) on T cells infiltrating the bone marrow (BM) of 32 AML patients relapsing (median 251 days) or maintaining complete remission (CR; median 1 year) after HSCT. A higher proportion of early-differentiated Memory Stem (TSCM) and Central Memory BM-T cells express multiple IR in relapsing patients than in CR patients. Exhausted BM-T cells at relapse display a restricted TCR repertoire, impaired effector functions and leukemia-reactive specificities. In 57 patients, early detection of severely exhausted (PD-1+Eomes+T-bet−) BM-TSCM predicts relapse. Accordingly, leukemia-specific T cells in patients prone to relapse display exhaustion markers, absent in patients maintaining long-term CR. These results highlight a wide, though reversible, immunological dysfunction in the BM of AML patients relapsing after HSCT and suggest new therapeutic opportunities for the disease.
2019
eng
article
pdf
Nature communications. - 10 (2019) , 1065, ISSN: 2041-1723
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/150079
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1500793
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2022-09-05T14:03:26Z
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Uncertainty in fault seal parameters: implications for CO2 column height retention and storage capacity in geological CO2 storage projects
Miocic, Johannes M.
Johnson, Gareth
Bond, Clare E.
Kohlendioxid
Faults can act as barriers to fluid flow in sedimentary basins, hindering the migration of buoyant fluids in the subsurface, trapping them in reservoirs, and facilitating the build-up of vertical fluid columns. The maximum height of these columns is reliant on the retention potential of the sealing fault with regards to the trapped fluid. Several different approaches for the calculation of maximum supported column height exist for hydrocarbon systems. Here, we translate these approaches to the trapping of carbon dioxide by faults and assess the impact of uncertainties in (i) the wettability properties of the fault rock, (ii) fault rock composition, and (iii) reservoir depth on retention potential. As with hydrocarbon systems, uncertainties associated with the wettability of a CO2–brine–fault rock system for a given reservoir have less of an impact on column heights than uncertainties of fault rock composition. In contrast to hydrocarbon systems, higher phyllosilicate entrainment into the fault rock may reduce the amount of carbon dioxide that can be securely retained due a preferred CO2 wettability of clay minerals. The wettability of the carbon dioxide system is highly sensitive to depth, with a large variation in possible column height predicted at 1000 and 2000 m of depth, which is the likely depth range for carbon storage sites. Our results show that if approaches developed for fault seals in hydrocarbon systems are translated, without modification, to carbon dioxide systems the capacity of carbon storage sites will be inaccurate and the predicted security of storage sites erroneous.
2019
eng
article
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Solid earth. - 10, 3 (2019) , 951-967, ISSN: 1869-9529
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/150095
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1500951
https://doi.org/10.5194/se-10-951-2019
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/150095
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2022-09-05T14:03:32Z
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No evidence for spatial variation in predation risk following restricted-area fox culling
Kämmerle, Jim-Lino
Nienkrenz, Sarah
Storch, Ilse
Nestbau
Dichte (Physik)
Jagd
Background<br>Predation and predator abundance may significantly affect bird populations, especially ground nesting species, because nest predation is often the major cause of nest failure. Predator control by means of culling is frequently employed to benefit threatened prey species or to increase the abundance of small game species for hunting. The red fox (Vulpes vulpes), a generalist mesopredator of global relevance, is a major target of predator control. Commonly, in central Europe, red fox culling efforts intended to benefit prey species remain restricted to small areas. It is unclear, however, whether such restricted-area culling effectively lowers predation risk at a site or whether red fox abundance is more important than culling in shaping predation risk. We conducted an experiment using 273 camera supervised artificial nests at multiple study sites in clusters of hunting concessions with or without targeted fox culling in a fragmented montane forest landscape in Germany.<br><br>Results<br>Using generalized additive models, we assessed whether incentivized recreational culling of red foxes was associated with local reductions in an index of predation risk and fox occurrence probability, or whether both were explained by red fox abundance instead. Final models indicated that restricted-area culling of red foxes was not associated with local reductions in predation risk, nor lower probability of a fox sighting, even for the plots with the largest hunting bags. Predation risk at a plot instead appeared to be driven by variation in the abundance of red foxes in the landscape surrounding the plots. After accounting for fox abundance, we found no additional relationship of artificial nest predation risk with landscape configuration.<br><br>Conclusions<br>Our results imply that the scale and intensity of predator control achieved by incentivized recreational hunting was ineffective at altering fox abundance patterns and associated predation risk. We thus find no evidence to support incentives for uncoordinated recreational red fox culling as a conservation measure.
2019
eng
article
pdf
BMC ecology. - 19 (2019) , 17, ISSN: 1472-6785
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/150145
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1501459
https://doi.org/10.1186/s12898-019-0235-y
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/150145
oai:freidok.uni-freiburg.de:150251
2022-09-05T14:03:43Z
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ATP released by intestinal bacteria limits the generation of protective IgA against enteropathogens
Proietti, Michele
Perruzza, Lisa
Scribano, Daniela
Pellegrini, Giovanni
D’Antuono, Rocco
Strati, Francesco
Raffaelli, Marco
Gonzalez, Santiago F.
Thelen, Marcus
Hardt, Wolf-Dietrich
Slack, Emma
Nicoletti, Mauro
Grassi, Fabio
T cell dependent secretory IgA (SIgA) generated in the Peyer’s patches (PPs) of the small intestine shapes a broadly diverse microbiota that is crucial for host physiology. The mutualistic co-evolution of host and microbes led to the relative tolerance of host’s immune system towards commensal microorganisms. The ATP-gated ionotropic P2X7 receptor limits T follicular helper (Tfh) cells expansion and germinal center (GC) reaction in the PPs. Here we show that transient depletion of intestinal ATP can dramatically improve high-affinity IgA response against both live and inactivated oral vaccines. Ectopic expression of Shigella flexneri periplasmic ATP-diphosphohydrolase (apyrase) abolishes ATP release by bacteria and improves the specific IgA response against live oral vaccines. Antibody responses primed in the absence of intestinal extracellular ATP (eATP) also provide superior protection from enteropathogenic infection. Thus, modulation of eATP in the small intestine can affect high-affinity IgA response against gut colonizing bacteria.
2019
eng
article
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Nature communications. - 10, 1 (2019) , 250, ISSN: 2041-1723
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/150251
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1502511
https://doi.org/10.1038/s41467-018-08156-z
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/150251
https://freidok.uni-freiburg.de/data/150251
oai:freidok.uni-freiburg.de:150790
2019-09-24T15:17:43Z
pub-type:doctoral_thesis
ddc:500
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Stable geodesics on a K3 surface
Lye, Jørgen Olsen
K 3- Fläche
Geodätische Linie
Minimalfläche
Differentialgeometrie
Kähler-Geometrie
Calabi-Yau-Mannigfaltigkeit
This thesis studies stable, closed geodesics on a Ricci-flat Kummer K3 surface. The motivation for counting stable, closed geodesics is explained and put into the context of comparison geometry. Building on estimates due to R. Kobayashi, restrictions on stable, closed geodesics on arbitrary Kummer K3s are derived. Then, in a complementary effort, isometry and special Lagrangian arguments are put forward to construct concrete, stable closed geodesics on a highly symmetric Kummer K3. This gives a partial affirmative answer to a conjecture put forward by P. Gao and M. Douglas, namely that any Ricci-flat, compact Calabi-Yau manifold will always carry stable, closed geodesics.
2019
eng
doctoral_thesis
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free
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https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1507903
https://doi.org/10.6094/UNIFR/150790
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2021-11-16T09:43:16Z
pub-type:doctoral_thesis
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Polynomial semimartingales and a deep learning approach to local stochastic volatility calibration
Khosrawi-Sardroudi, Wahid
Semimartingal
Markov-Prozess
Finanzmathematik
Financial markets have experienced a precipitous increase in complexity over the past decades, posing a significant challenge from a risk management point of view. This complexity motivates the application and development of sophisticated models based on the theory of stochastic processes and in particular stochastic calculus. In this regard, the contribution of this thesis is twofold, namely by extending the class if tractable stochastic processes in form of polynomial processes and polynomial semimartingales and by showing how efficient calibration of local stochastic volatility models is possible by applying machine learning techniques. <br><br>In the first part - the main part - we extend the class of polynomial processes that has previously been established to include beyond stochastic discontinuity. This extension is motivated by the fact that certain events in financial markets take place at a deterministic time point but without foreseeable outcome. Such events consist e.g. of decisions regarding interest rates of central banks or political elections/votes. Since the outcome has a significant impact on markets, it is therefore desirable to consider stochastic processes, that can reproduce such jumps at previously specified time points. Such an extension has already been introduced in the affine framework. We will show that similar modifications hold true in the polynomial case. In particular, we will show how after this extension, computation of mixed moments in a multivariate setting reduces to solving a measure ordinary differential equation, posing a significant reduction in complexity to the measure partial differential case in the context of Kolmogorow equations. A central role in the theory of time-homogeneous polynomial processes is played by the theory of one parameter matrix semigroups. Hence, we will develop a two parameter version of the matrix semigroup theory under lower regularity then what exists in the literature. This accounts for time-inhomogeneity of the stochastic processes we consider. While in the one parameter case, full regularity follows already from very mild assumptions, we will see that this is not the case anymore in the two parameter case.<br><br>In the second part of this thesis we investigate a more applied topic, namely the exact calibration of local stochastic volatility models to financial data. We show how this computationally challenging problem can be efficiently solved by applying machine learning techniques in form of deep neural networks. These methods have dramatically surged in the literature. Since this surge was accompanied by the development of highly efficient machine learning libraries, we can exploit this and make use of sophisticated computational tools such as gpu accelerated numerical computation. We will provide a short exposition to the underlying concepts and give numerical examples in form of toy models. We will further show how this high dimensional problem can be made tractable by the application of an auxiliary machine learning method in the context of variance reduction for Monte-Carlo pricing methods.
2019
eng
doctoral_thesis
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free
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2022-09-05T14:04:41Z
pub-type:article
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Exposure density sampling: dynamic matching with respect to a time‐dependent exposure
Ohneberg, Kristin
Beyersmann, Jan
Schumacher, Martin
2019
eng
article
Statistics in medicine. - 38, 22 (2019) , 4390-4403, ISSN: 1097-0258
https://freidok.uni-freiburg.de/data/150926
https://doi.org/10.1002/sim.8305
https://freidok.uni-freiburg.de/data/150926
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2019-11-22T12:33:10Z
pub-type:doctoral_thesis
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ddc:500
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Etablierung eines dreidimensionalen Kokulturmodells und Testung epigenetisch-aktiver Hemmstoffe beim Multiplen Myelom
Müller, Stefan Jürgen
Epigenetik
In-vitro-Kultur
Dreidimensionales Modell
Plasmozytom
Das zunehmende Verständnis über die pathophysiologische Rolle des Knochenmarks bei der Erkrankung des Multiplen Myeloms führte in den vergangenen Jahrzehnten zur Entwicklung zahlreicher Therapieoptionen. Obwohl neue niedermolekulare Substanzen und monoklonale Antikörper das mediane Gesamtüberleben von Myelom-Patienten deutlich verbessert haben, ist diese Plasmazellneoplasie bis heute nur selten kurativ zu behandeln. Die Vielzahl der verfügbaren Behandlungsoptionen und die Bedeutung des Tumormilieus bei der Entstehung von Therapieresistenzen stellen besondere Herausforderungen bei der Etablierung patientenindividueller Kombinationstherapie mit langanhaltender Wirksamkeit dar.<br>Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei dreidimensionale ex-vivo-Kokulturmodelle untersucht und hinsichtlich ihrer Eignung zur Substanztestung für semi-adhärente Myelom-Zellen und primäre Knochenmarkproben bewertet. In einem zweiten Schritt wurden die Effekte überwiegend Subklassen-spezifischer epigenetisch-aktiver Hemmstoffe auf die Viabilität von Myelom-Zellen analysiert. Darauf aufbauend wurde der Einfluss der zytotoxischen epigenetisch-aktiven Inhibitoren auf das Expressionslevel therapeutisch relevanter Antigene (CD138, CD38, SLAMF7 und CXCR4) durchflusszytometrisch evaluiert, um rationale Kombinationspartner für eine Antikörpertherapie zu identifizieren.<br>Myelom-Zelllinien bzw. primäre Knochenmarkproben wurden in das Conical Agarose Microwell Array (CAMA) oder mittels Liquide Overlay Technique (LOT) ausgesät. Das 3D-Clusterwachstum bzw. das Therapieansprechen in 3D-Kultur wurden mittels Mikroskopie und einer etablierten Durchlichtscanner-Analyse quantifiziert. Das anschließende Screening epigenetisch-aktiver Substanzen schloss drei Inhibitoren epigenetischer reader Proteine (Bromodomain, Kme-reader, PRMT/reader), acht Hemmstoffe epigenetischer writer Proteine (G9a, DOT1L, EHZ2, SETD7, WDR5, HATs) und 24 Wirkstoffe zur Hemmung epigenetischer eraser Proteine (panKDM, LSD1, KDM5, HDACs) ein.<br>Im Gegensatz zum LOT-Modell ermöglichte das CAMA-Modell mit seinen definierten konischen Mikrokavitäten die Ausbildung 3D-Plasmazellcluster und vermittelte eine Resistenzentwicklung der Myelom-Zellen gegenüber Behandlung mit Proteasom-Inhibitoren. In diesem Zusammenhang wurde zusätzlich eine gleichmäßige Wirkstoffpermeation in die 3D-Zellagglomerate bzw. eine Akkumulation niedermolekularer Substanzen in den Agarosematrices mittels Fluoreszenzfarbstoffen und konfokaler Mikroskopie nachgewiesen. Darüber hinaus zeigten Myelom-Zellen innerhalb der Mikrokavitäten ein verzögertes sigmoidales Clusterwachstum. Mit der etablierten Durchlichtscanner-Analyse konnte ein 3D-Clusterwachstum primärer Myelom-Zellen über mindestens 2 Wochen ex vivo nachgewiesen werden sowie durch immunhistologische Färbungen bzw. mikroskopische Aufnahmen verifiziert werden.<br>Im Rahmen des epigenetischen Wirkstoffscreenings konnte für 11 der 35 getesteten Inhibitoren ein zytotoxischer Effekt in 2 Myelom-Zelllinien nachgewiesen werden. Darunter waren EZH2, panKDM und KDM5-selektive Hemmstoffe sowie pan-Histondesacetylase-Inhibitoren (panHDACis), Klasse I-selektive HDACis und Isoform-selektive HDACis für HDAC3, HDAC6, HDAC8 und HDAC10. Für den selektiven HDAC6i JS28 wurde die Selektivität an der zellulären Zielstruktur in Myelom-Zellen verifiziert und ein funktioneller pharmakologischer Synergismus mit dem Proteasom-Inhibitor Bortezomib nachgewiesen. Die weiterführende Evaluation der Antigenexpressionslevel unter Behandlung mit zytotoxischen epigenetisch-aktiven Hemmstoffen ergab u.a. eine dosisabhängige Erhöhung der CD38-Level durch die Klasse I-selektiven Inhibitoren Entinostat und Mocetinostat auf Myelom-Zellen. Damit können beide bereits klinisch erprobten Klasse I-selektiven HDACis als mögliche rationale Kombinationspartner für eine verbesserte anti-CD38-Antikörpertherapie im Rahmen klinischer Studien weiter untersucht werden.<br>Das etablierte CAMA-Modell bietet für die Kultur von Myelom-Zellen wesentliche Vorteile gegenüber der LOT und anderen Modellen. Es ermöglicht semi-adhärenten Plasmazellen die Formation solider Clusterstrukturen und fördert ein verzögertes, sigmoidales Wachstum von Zellagglomeraten. Darüber hinaus kann das Volumen von ca. 950 Zellclustern pro Agarosematrix zeitgleich über die nicht-destruktive Durchlichtscanner-Analyse verfolgt werden. Außerdem bietet das CAMA-Modell die Möglichkeit, primäre Knochenmarkproben ex vivo über mindestens 2 Wochen zu kultivieren. Aus der Substanztestung epigenetisch-aktiver Hemmstoffe konnten die beiden Klasse I-selektiven HDACis Entinostat und Mocetinostat als potentielle klinische Kombinationpartner für eine verbesserte anti-CD38-Antikörpertherapie abgeleitet werden.
Over the past decades, the understanding of the pathophysiological alterations inside the bone marrow (BM) in multiple myeloma (MM) led to numerous new treatment strategies. Albeit the development of small molecules and monoclonal antibodies has substantially improved the median survival of MM patients, this plasma cell (PC) malignancy remains most often incurable. The variety of treatment options and the crucial role of the tumor microenvironment in drug resistance constitute a challenge to establish best possible drug combinations for improved long-term efficacy.<br>For this purpose ex vivo screening platforms for three-dimensional (3D) co-culture of semi-adherent MM cells and primary BM samples were evaluated. Furthermore a screening of primarily subclass selective epigenetic modifying agents for their anti-MM activity was performed. Subsequently the influence of cytotoxic epigenetic drugs on therapeutic antigen levels (CD138, CD38, SLAMF7, CXCR4) was assessed to define most suitable antibody epigenetic combination therapies for future clinical studies.<br>MM cell lines (MMCLs) and primary BM samples from MM patients were seeded into the Conical Agarose Microwell Array (CAMA) or Liquid Overlay Technique (LOT). The cluster growth or treatment responses were analyzed via microscopic imaging and non-destructive transmitted light scanner analysis. The epigenetic screening approach included three inhibitors for epigenetic reader proteins (bromodomain, Kme-reader, PRMT/reader), eight compounds impeding writer enzymes (G9a, DOT1L, EHZ2, SETD7, WDR5, HATs) and 24 drugs inhibiting epigenetic erasers (panKDM, LSD1, KDM5, HDACs). <br>In contrast to the LOT, the well-defined, steep microwells of the CAMA enabled semi-adherent PCs to form 3D-aggregates and mediated drug resistance to proteasome-inhibitors. In this context qualitative confocal analysis of mCherry-transduced RPMI 8226-cells and fluorescent dye staining demonstrated even drug distribution within the 3D-clusters or agarose matrices. Moreover, MM cells seeded into the microcavities showed prolonged sigmoidal cluster growth. Using our established transmitted light scanner technique, stable proliferation of primary MM cells could be monitored for at least two weeks in a non-destructive manner and correlated to immunohistological staining and microscopic imaging.<br>The evaluation of the epigenetic drug library identified 11 out of 35 compounds with potent anti-MM activity in two MMCLs, including EZH2, panKDM and KDM5-selective inhibitors, but also pan-histondeacetylase-inhibitors (HDACis), class-I-selective HDACis and subclass selective HDACis for HDAC3, HDAC6, HDAC8 and HDAC10. For the selective HDAC6i JS28, the selectivity on target via western blot and functional synergism with bortezomib could be demonstrated in two MMCLs. The subsequent antigen analysis was performed using the broad selection of cytotoxic HDACis. A dose-dependent increase of CD38, up to 140 % in the presence of class I selective HDACis entinostat and mocetinostat was detected. This indicating that class I-selective HDACis may be rational combination partners for improved long-term anti-CD38 antibody therapy.<br>Our CAMA provides various advantages in MM, namely 1. solid cluster formation of semi-adherent PCs including more sigmoidal proliferation and drug resistance, 2. simultaneous, non-destructive observation of approx. 950 spheroids per matrix over time and 3. cultivation of proliferating and viable primary BM samples for at least 2 weeks. By using our investigated epigentic toolbox for subclass selective functional analysis, we found class I HDACis to upregulate CD38 expresion levels, which indicates that specific HDACi are promising and could serve as rationally-tested combination partner for anti-CD38 antibody therapy in subsequent clinical trials.
2019
ger
doctoral_thesis
pdf
free
https://freidok.uni-freiburg.de/data/151255
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1512556
https://doi.org/10.6094/UNIFR/151255
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/151255
https://freidok.uni-freiburg.de/data/151255
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2021-07-14T17:18:37Z
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Netboost: statistical modeling strategies for high-dimensional data
Schlosser, Pascal
Background:<br>State-of-the art methods often fail to identify weak but cumulative effects of variables found in high-dimensional omics datasets. Nevertheless, these effects play important roles in many diseases, such as the clonal development of leukemic cells and CKD metabolism.<br><br>Results: <br>We propose Netboost, a three-step dimension reduction technique. First, boosting-based filters are combined with the topological overlap measure to identify the essential edges of the network. Second, sparse hierarchical clustering is applied on the selected edges to identify modules and finally, module information is aggregated by principal components. The primary analysis is then carried out on these summary measures instead of the original data, allowing for a localized dimensionality reduction.<br><br>We demonstrate the application of the newly developed Netboost in integration with CoxBoost for survival prediction, genetic association studies to understand the human metabolism and random forests for disease classification. We applied our method in 7 independent cohorts spanning 6 diseases, a variety of high-dimensional data types (DNA methylation, metabolomics, miRNA, RNA arrays, RNA sequencing) and human as well as murine in vivo samples.<br>In many of these settings, we were able to show significant advantages over state-of-the-art competitive analysis strategies with respect to prediction errors, power and mis-classification rates by cross-validation, general resampling and independent replication.<br><br>By integration of our novel method in analysis of several biomedical research projects, we were able to attain and confirm biological insights which could not have been reached by the compared state-of-the-art methods.<br>In particular, the two biologically most insightful findings in this dissertation were both replicated in independent datasets.<br>First, we identified a chromatin modifying enzyme signature associated with overall survival, which separates patients into two groups with a threefold difference in median survival time. Second, we established the central concept in the human urinary metabolism to be the list of ADME processes, which was originally defined in the context of pharmacological research.<br><br>Furthermore, we demonstrated in several datasets a lower sampling uncertainty of Netboost overall networks as well as individual components of the networks across Netboost, WGCNA and k-means and found that method uncertainty dominated sampling uncertainty. <br><br>Finally, we integrate Netboost with robust methodology designing a Netboost adaption, which is invariant to monotone transformations of variables and thus obtain an advantageous extension in cases of non-linear relationships between variables. <br><br>Conclusion:<br>The newly developed approach Netboost offers a versatile statistical modeling strategy for high-dimensional data, which is<br>freely available as a Bioconductor R package. Via dimensionality reduction it improves accuracy, power and stability in various analysis settings, including time-to-event analysis, GWAS and classification.
2019
eng
doctoral_thesis
pdf
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/151256
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https://doi.org/10.6094/UNIFR/151256
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/151256
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2020-01-13T13:20:12Z
pub-type:research_data
ddc:500
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inst:fmf
[Micro]-tomography of a sepia cuttlebone by [micro]-CT
[Mikro]-Tomographie eines Sepia Schulps durch [mikro]-CT
Thomann, Yi
Thomann, Ralf
Mikrocomputertomographie
Der Film zeigt die Mikrostruktur eines Sepia Schulps, visualisiert in einem Skyscan 1272 µ-CT. Der Sepia Schulp wurde ohne Anfärben oder andere Präparationstechniken direkt visualisiert. Die verwendete Spannung betrug 50kV.
The movie shows the micro structure of a sepia cuttlebone visualized with a Skyscan 1272 µ-CT. The cuttlebone was measured without staining or any other contrast enhancement. The voltage was 50kV.
2019
eng
ger
research_data
avi
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https://freidok.uni-freiburg.de/data/151262
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1512625
https://doi.org/10.6094/UNIFR/151262
https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/151262
https://freidok.uni-freiburg.de/data/151262
1711670450219