Technische Universität Dresden: Qucosa
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A dynamic ALE formulation for structures under moving loads
Get PDFThis work describes the implementation of a novel dynamic Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formulation for the simulation of pavement structures loaded by rolling tires in a finite element framework. The proposed formulation enables the simulation of dynamic effects like acceleration, deceleration and variation of the wheel load on the pavement. The ALE scheme is described for a hyperelastic St. Venant-Kirchhoff material capable of finite deformations. With the adoption of this dynamic ALE formulation, a significant improvement in terms of speed and efficiency of the simulation is achieved in comparison to a classical transient Lagrangian formulation. This is primarily because only the relevant portion of the mesh around the applied load needs to be discretized and simulated. Another benefit is that a cumbersome moving load formulation does not need to be implemented. The results show satisfactory agreement with a conventional Lagrangian simulation with a moving load
The microlayer model: A novel analytical homogenisation scheme for materials with rigid particles and deformable matrix - applied to simulate concrete
Get PDFIn the contribution at hand, a new material modelling approach is introduced. This formulation is based upon the Principle of Multiscale Virtual Power and consideration of micromechanically motivated assumptions. Consequently, the evolution of dissipative phenomena depends on the chosen microstructure. Therefore, a strong anisotropy, which is induced by damage, is represented even with isotropic material formulations. This phenomenon is present in concrete.
Furthermore, the modelling approach is validated by different material tests. Tensile-tensile and compression-tensile tests are used for validation of the proposed description. Some material tests are taken from the existing literature, while others are presented in the contribution at hand. Furthermore, the capabilities of the proposed formulation to capture different amounts of textile reinforcement in concrete are shown by additional experiments from the literature. Subsequently, the consistent linearisation of the proposed model is verified based on numerical analyses
Spekulativer Geschichtsrevisionismus
Get PDFSOCIAL INNOVATION AND DESIGN CHALLENGES:Spekulativer Geschichtsrevisionismus
Spekulationen und Voreingenommenheit
Die Gefahr eines spekulativen Geschichtsrevisionismus
Spekulationen und Schuldabwehr
ReferenzenWenn es um die Spekulation in Kunst und Design geht, wird meistens eine ähnliche Skizze zur Illustration herangezogen. Sie ist inzwischen so bekannt, dass sich dafür sogar ein eigener Name etabliert hat: Futures Cone. Obwohl die Skizzen stets ähnlich aufgebaut sind, variieren sie leicht, weil sie zeitlich versetzt, vor verschiedenen fachlichen Hintergründen und mit voneinander divergierenden soziopolitischen Haltungen konzipiert wurden. Welche Zukunft Menschen für wahrscheinlich, plausibel, möglich, absurd oder wünschenswert halten, erweist sich in den meisten Fällen auch als eine Projektion von ökonomischen, politischen, religiösen oder auch wissenschaftlichen Überzeugungen. Was die Skizzen sowie deren Kontextualisierung also zeigen, sind weniger belastbare Vorhersagen von Zukunft, sondern vielmehr spezifische Wahrnehmungen der jeweiligen Gegenwart. Darüber hinaus wird in den Skizzen deutlich, dass neben der Zukunft auch die Vergangenheit zur Projektionsfläche gemacht wird. Das vorliegende explorative Paper verweist auf die dabei entstehende Gefahr eines spekulativen Geschichtsrevisionismus und zeigt in einem Vergleich der Social Media Aktionen eva.storys und ichbinsophiescholl, dass sich diese Gefahr nicht auf rechtsextreme Strömungen in der Gesellschaft beschränkt.:Spekulativer Geschichtsrevisionismus
Spekulationen und Voreingenommenheit
Die Gefahr eines spekulativen Geschichtsrevisionismus
Spekulationen und Schuldabwehr
Referenze
Design in öko-sozialen Transformationsprozessen: Eine explorative Betrachtung seiner Wirkung und Wirkungsmacht
Get PDFDESIGNING GOVERNANCE – POWER AND COMPLICITY:Einleitung
Verbundprojekt Transform.NRW
Thematische Rahmung
Explorative Diskussion von Wirkungspotenzialen
Theories of change
Das Format Good Practice Breakfast
Erste Erkenntnisse
Good Practice Breakfast Nr. 1 - Symbiosen
Good Practice Breakfast Nr. 3 - The Outside Inside
Diskussion
Fazit
ReferenzenDas Verbundprojekt transform.NRW entwickelt eine hybride Plattform, über die Kunst, Kultur, Design und Wissenschaft mit Wirtschaft, Politik und Gesellschaft zur Umsetzung sozial-ökologischer Transformationen in Austausch treten können. In diesem Work-In-Progress Paper thematisieren wir die Sichtbarmachung von Wirkung und Wirkungsmacht des Designs über das Aufzeigen seiner Wirkungspotenziale im offenen Diskurs unterschiedlicher Akteursgruppen als Bestandteil unseres kollektiven Kuratierungsprozesses. Designprojekte haben die transformative Fähigkeit, so der Ansatz, Strukturen wie Lebens- und Produktionsverhältnisse aufzuzeigen und in neue nachhaltige Verhältnisse und Muster zu transformieren. Konkret diskutieren wir die prozesshafte Befragung von Good Practice Beispielen hinsichtlich ihrer Wirkungspotenziale. Für diesen Bestandteil unseres kollektiven und interdisziplinären Kuratierungsprozesses wurde das Format der Good Practice Breakfasts entwickelt. Als heuristischer Rahmen zur Einordnung der Beispiele dient eine Kombination der Theories of Change und der Nachhaltigkeitsziele (SDGs). Anhand von zwei Beispielen zeigen wir, dass Methode und Format im Zusammenspiel einen bedeutenden Diskursaum eröffnen, in dem sowohl eine dialogische Wissens- und Bedeutungsproduktion als auch gemeinsames Lernen gefördert werden. Die fortschreitende Dokumentation als Erzählhistorie und Wissensfundus soll zur Entwicklung eines gemeinsamen Fundaments einer Transformations- und Nachhaltigkeits-Literacy beitragen.:Einleitung
Verbundprojekt Transform.NRW
Thematische Rahmung
Explorative Diskussion von Wirkungspotenzialen
Theories of change
Das Format Good Practice Breakfast
Erste Erkenntnisse
Good Practice Breakfast Nr. 1 - Symbiosen
Good Practice Breakfast Nr. 3 - The Outside Inside
Diskussion
Fazit
Referenze
Assessment of the Architectural Variables of Dementia-Friendly Nursing Care Facilities through Model-Based Systems Engineering (MBSE)
Get PDFAs the global population of people with dementia is projected to reach 139 million by 2050, there is a growing focus on strategies supporting their Health and Care Outcomes (HCOs), one of which is dementia-friendly design in healthcare facilities. The built environment of healthcare facilities plays a key role in dementia care. To design healthcare facilities that better align with the HCOs for people with dementia, it is beneficial to assess the effects of Architectural Variables (AVs) on HCOs. The more extensive the consideration of AVs’ effects in design, the greater the capacity to achieve alignment between the built environment and HCOs. For this purpose, this PhD thesis develops a new assessment software which assesses the effects of AVs on HCOs more effectively, shifting from traditional and manual assessment tools in architecture towards systematic and digital approaches. Its development is guided by a methodology that addresses correspondingly three main challenges in previous assessment tools including lack of standard set of AVs and HCOs with widespread consensus, limitation in the holistic and systematic coverage of their interactions in the assessment calculations, and application difficulties of assessment tools.
Firstly, this thesis creates a new set of AVs and HCOs through terminology analysis and introduces a new structure of classification for allocating and positioning the AVs and HCOs. In the terminology analysis, AVs and HCOs were extracted from a source of Evidence-Based Design (EBD) studies, then through frequency analysis and statistical tests, representative terms with the most potential for consensus were identified. For the structure of classification, a new structure was developed for AVs and HCOs based on both theoretical and practical investigation approaches to meet a set of fundamental classification criteria.
Secondly, Model-Based Systems Engineering (MBSE), a subset of Systems Engineering, is utilized to model the interactions between AVs and HCOs. This approach enables the consideration of all different types of interactions between AVs and HCOs. It considers both direct interactions (AV-HCO) and indirect interactions, such as AV-HCO-HCO (an AV affects an HCO, which in turn affects another HCO) and AV-AV-HCO (an AV affects another AV, which then affects an HCO). Through systematic modeling with MBSE, a logical model has been developed that automates assessment calculations.
Thirdly, the application difficulties of the previous assessment tools are addressed through considerations in the software features and capabilities. Namely, the logical model obtained in the second step is integrated into the computational engine of the software to support it as a calculative engine without any need for manual intervention by users. Users can enter the specifications of the facilities supposed to be assessed through AVs in the software, then the assessment is carried out through data exchange between the computational engine and its logical model on the backend. The results of the assessment are displayed online through quantitative and qualitative analysis. Users are informed about how many negative or positive effects each HCO receives from which AVs. It also provides root cause analysis through the impact chains of direct and indirect interactions to clarify why an effect, whether positive or negative, occurs. The total result for all of the HCOs is also available.
Currently, the software conducts the assessment based on 396 interactions between AVs and HCOs, extracted from a source of previous studies. However, the model obtained through implementing MBSE is so developed that new findings could be added into the model and subsequently automatically into the software, along with all relevant assessment calculations. This makes the software dynamic and adaptable to new findings. Moreover, the software was implemented in two real-world case assessments in Cambridge, UK. Additionally, expert feedback was gathered through a series of feedback sessions.:Table of content
SUMMARY OF THESIS
KURZFASSUNG
TABLE OF CONTENT
GLOSSARY
INTRODUCTION
CHAPTER 1.BUILT ENVIRONMENT AND HUMAN OUTCOMES
1.1. Introduction to built environment and human outcomes
1.1.1. Definition of built environment and human outcomes
1.1.2. The impact of built environment on human outcomes, with a focus on older occupants
1.2. Theories linking the built environment and human outcomes
1.2.1. Overview of theories linking built environment and human outcomes
1.2.2. Environmental gerontology
1.3. EBD: An approach to design for the theories linking built environment and human outcomes
1.3.1. Role of EBD in healthcare facility design
1.3.2. Role of EBD in environmental gerontology
CHAPTER 2.DEMENTIA-FRIENDLY DESIGN IN NURSING HOMES
2.1. Understanding dementia: Definition to consequences
2.2. The built environment of people with dementia
2.3. Definition and history of dementia-friendly design
2.4. Effects of dementia-friendly design on people with dementia
2.5. Principles of dementia-friendly design in nursing homes
CHAPTER 3.ASSESSMENT TOOLS IN DEMENTIA-FRIENDLY DESIGN
3.1. Role of assessment tools in dementia-friendly design
3.2. Overview of previous assessment tools
3.3. Analyzing the previous assessment tools
CHAPTER 4.RESEARCH DESIGN AND METHODOLOGY
4.1. Research gap, objectives, and questions
4.2. Scope and boundaries
4.3. Methodology
CHAPTER 5.TERMINOLOGY ANALYSIS FOR CONSISTENCY
5.1. Extraction of terminology through concept-based approach
5.1.1. Conducting content analysis of source studies
5.1.2. Application of a concept-based approach
5.2. Dataset generation of the extracted terminologies
5.3. Frequency analysis and statistical tests
5.3.1. Frequency analysis and chi-square test of the concepts for AVs
5.3.2. Frequency analysis and chi-square test of the concepts for HCOs
5.4. Selection of representative terms
5.5. Scenarios for establishing comprehensive standardized terminology
Chapter 6. DEVELOPMENT OF CLASSIFICATION STRUCTURE
6.1. Development of the classification structure
6.1.1. Expected efficacies and importance of the classification structure
6.1.2. Criteria for the development of classification structure
6.1.3. Nature of classification criteria
6.1.4. Investigation approaches
6.1.5. Creating the structure of classifications for AVs and HCOs
6.2. Allocation of AVs and HCOs to their corresponding classifications
6.3. Extraction of the interactions between AVs and HCOs
6.4. Considerations for interactions between AVs and HCOs
CHAPTER 7.IMPLEMENTING MODEL-BASED SYSTEMS ENGINEERING
7.1. The role and benefits of MBSE in the assessment software
7.2. Introduction to the Model-Based Systems Engineering (MBSE)
7.2.1. The foundation of MBSE: Systems Engineering (SE)
7.2.2. The core principles of MBSE
7.3. Implementing MBSE
7.3.1. Operational analysis phase
7.3.2. System analysis phase
7.3.3. Logical architecture phase
7.3.4. Physical architecture phase
CHAPTER 8.DEVELOPMENT OF WEB-BASED ASSESSMENT SOFTWARE AND ITS IMPLEMENTATION IN PRACTICE
8.1. Overview of the software structure
8.2. Technical structure and key technologies
8.3. Key features and functionalities
8.3.1. Accessibility
8.3.2. Registration
8.3.3. Management of assessment cases
8.3.4. Creation of a new assessment case
8.3.5. Design assessment questionnaire
8.3.6. Displaying the assessment results
8.4. Considerations for interactions in the assessment software
8.4.1. Reliability awareness
8.4.2. Reflection of AV-HCO direct vs. indirect distinctions
8.4.3. Clarification of conflicts in studies’ findings
8.5. Case analysis
8.5.1. On-site assessment and data collection for AVs’ specifications
8.5.2. Assessment results of case analysis
8.5.3. Comparative analysis
8.6. Experts’ feedback
8.6.1. Selection of participants
8.6.2. Content of the feedback sessions
8.6.3. Feedback session process and outcomes
CHAPTER 9.DISCUSSION AND CONCLUSION
9.1. Thesis implications for dementia-friendly design assessment
9.1.1. Standardization and organization of AVs and HCOs
9.1.2. Systematic consideration of interactions
9.1.3. Application capabilities
9.2. Limitations
9.2.1. Scope of interactions and benchmarking
9.2.2. Limitation in qualitative nature of EBD findings
9.2.3. Practical application and validation
9.2.4. Standardization of terminology
9.2.5. Stakeholder interplay
9.3. Future directions
9.3.1. Expanding scope of interactions
9.3.2. Expanding practical application and user feedback
9.3.3. Extending standardization of terminology
9.3.4. Region-specific versions of the assessment software
9.4. Conclusion
APPENDICES
TABLE OF TABLES
TABLE OF FIGURES
DECLARATION
REFERENCESBis zum Jahr 2050 wird die Weltbevölkerung voraussichtlich 139 Millionen Menschen mit Demenz erreichen. Infolgedessen liegt der Schwerpunkt zunehmend auf Lösungen zur Unterstützung ihrer Gesundheits- und Pflegeergebnisse (HCOs), zu denen auch die demenzfreundliche Gestaltung von Gesundheitseinrichtungen gehört. Um Gesundheitseinrichtungen zu gestalten, die besser mit den HCOs von Menschen mit Demenz übereinstimmen, ist es notwendig, die Auswirkungen von architektonischen Variablen (AVs) auf HCOs gründlich zu bewerten. Je umfassender die Berücksichtigung der Effekte von AVs im Design ist, desto größer ist die Fähigkeit, eine Übereinstimmung zwischen der gebauten Umgebung und den HCOs zu erreichen. Zu diesem Zweck wird in dieser Dissertation eine neue softwaregesteuerte Bewertungslösung entwickelt, mit der die Auswirkungen von AVs auf HCOs effektiver bewertet werden können, indem von traditionellen und manuellen Instrumenten auf digitale Lösungen umgestellt wird. Die Entwicklung wird von einer Methodik geleitet, die drei Hauptprobleme in früheren Bewertungsinstrumenten behandelt, darunter das Fehlen eines Standardsets von AVs und HCOs mit weitreichendem Konsens, Einschränkungen in der umfassenden und systematischen Abdeckung ihrer Interaktionen in den Bewertungsberechnungen sowie Anwendungsprobleme von Bewertungsinstrumenten.
Erstens wird in dieser Arbeit durch eine Terminologieanalyse ein neues Set von AVs und HCOs erstellt und eine neue Klassifikationsstruktur für die Zuordnung und Positionierung der AVs und HCOs eingeführt. Bei der Terminologieanalyse wurden AVs und HCOs aus einer Quelle von Evidence-Based Design (EBD) Studien extrahiert, dann durch statistische und Häufigkeitsanalysen repräsentative Begriffe mit dem größten Konsenspotenzial ermittelt. Für die Struktur der Klassifizierung wurde eine neue Struktur für AVs und HCOs entwickelt, die sowohl auf theoretischen als auch auf praktischen Untersuchungsansätzen basiert, um eine Reihe von grundlegenden Klassifizierungskriterien zu erfüllen.
Zweitens wird das modellbasierte System-Engineering (MBSE), ein Teilbereich des Systems-Engineering, zur Modellierung der Interaktionen zwischen AVs und HCOs eingesetzt. Dieser Ansatz ermöglicht die Berücksichtigung aller verschiedenen Arten von Interaktionen zwischen AVs und HCOs. Es berücksichtigt sowohl direkte Interaktionen (AV-HCO) als auch indirekte Interaktionen wie AV-HCO-HCO (ein AV beeinflusst ein HCO, das wiederum ein anderes HCO beeinflusst) und AV-AV-HCO (ein AV beeinflusst ein anderes AV, das wiederum ein HCO beeinflusst). Durch systematische Modellierung mit MBSE wurde ein logisches Modell entwickelt, das die Bewertungsberechnungen automatisiert.
Drittens werden die Anwendungsprobleme der vorherigen Bewertungsinstrumente durch Überlegungen zu den Softwarefunktionen und -fähigkeiten behandelt. Insbesondere wird das im zweiten Schritt erhaltene logische Modell in den Berechnungsmotor der Software integriert, um es als einen rechnerischen Motor zu unterstützen, ohne dass Benutzer manuell eingreifen müssen. Benutzer können die Spezifikationen der Einrichtungen, die durch AVs der Software bewertet werden sollen, eingeben, und die Bewertung erfolgt durch den Datenaustausch zwischen dem Berechnungsmotor und seinem logischen Modell auf dem Backend. Die Ergebnisse der Bewertung werden online durch quantitative und qualitative Analysen angezeigt. Benutzer werden darüber informiert, wie viele negative oder positive Auswirkungen jede HCO von welchen AVs erhält. Es bietet auch Ursachenanalyse, um zu klären, warum ein Effekt, sei er positiv oder negativ, auftritt. Das Gesamtergebnis für alle HCOs ist ebenfalls verfügbar.
Aktuell führt die Software die Bewertung auf der Grundlage von 396 Interaktionen zwischen AVs und HCOs durch, die aus einer Quelle früherer Studien extrahiert wurden. Das durch die Implementierung von MBSE erhaltene Modell ist jedoch so entwickelt, dass neue Erkenntnisse problemlos in das Modell und anschließend automatisch in die Software und alle relevanten Bewertungsberechnungen integriert werden können. Dies macht die Software dynamisch und anpassungsfähig für neue Erkenntnisse. Darüber hinaus wurde die Software in zwei realen Fallbewertungen in Cambridge, Großbritannien, implementiert. Zusätzlich wurde durch eine Reihe von Feedback-Sitzungen Expertenfeedback gesammelt.:Table of content
SUMMARY OF THESIS
KURZFASSUNG
TABLE OF CONTENT
GLOSSARY
INTRODUCTION
CHAPTER 1.BUILT ENVIRONMENT AND HUMAN OUTCOMES
1.1. Introduction to built environment and human outcomes
1.1.1. Definition of built environment and human outcomes
1.1.2. The impact of built environment on human outcomes, with a focus on older occupants
1.2. Theories linking the built environment and human outcomes
1.2.1. Overview of theories linking built environment and human outcomes
1.2.2. Environmental gerontology
1.3. EBD: An approach to design for the theories linking built environment and human outcomes
1.3.1. Role of EBD in healthcare facility design
1.3.2. Role of EBD in environmental gerontology
CHAPTER 2.DEMENTIA-FRIENDLY DESIGN IN NURSING HOMES
2.1. Understanding dementia: Definition to consequences
2.2. The built environment of people with dementia
2.3. Definition and history of dementia-friendly design
2.4. Effects of dementia-friendly design on people with dementia
2.5. Principles of dementia-friendly design in nursing homes
CHAPTER 3.ASSESSMENT TOOLS IN DEMENTIA-FRIENDLY DESIGN
3.1. Role of assessment tools in dementia-friendly design
3.2. Overview of previous assessment tools
3.3. Analyzing the previous assessment tools
CHAPTER 4.RESEARCH DESIGN AND METHODOLOGY
4.1. Research gap, objectives, and questions
4.2. Scope and boundaries
4.3. Methodology
CHAPTER 5.TERMINOLOGY ANALYSIS FOR CONSISTENCY
5.1. Extraction of terminology through concept-based approach
5.1.1. Conducting content analysis of source studies
5.1.2. Application of a concept-based approach
5.2. Dataset generation of the extracted terminologies
5.3. Frequency analysis and statistical tests
5.3.1. Frequency analysis and chi-square test of the concepts for AVs
5.3.2. Frequency analysis and chi-square test of the concepts for HCOs
5.4. Selection of representative terms
5.5. Scenarios for establishing comprehensive standardized terminology
Chapter 6. DEVELOPMENT OF CLASSIFICATION STRUCTURE
6.1. Development of the classification structure
6.1.1. Expected efficacies and importance of the classification structure
6.1.2. Criteria for the development of classification structure
6.1.3. Nature of classification criteria
6.1.4. Investigation approaches
6.1.5. Creating the structure of classifications for AVs and HCOs
6.2. Allocation of AVs and HCOs to their corresponding classifications
6.3. Extraction of the interactions between AVs and HCOs
6.4. Considerations for interactions between AVs and HCOs
CHAPTER 7.IMPLEMENTING MODEL-BASED SYSTEMS ENGINEERING
7.1. The role and benefits of MBSE in the assessment software
7.2. Introduction to the Model-Based Systems Engineering (MBSE)
7.2.1. The foundation of MBSE: Systems Engineering (SE)
7.2.2. The core principles of MBSE
7.3. Implementing MBSE
7.3.1. Operational analysis phase
7.3.2. System analysis phase
7.3.3. Logical architecture phase
7.3.4. Physical architecture phase
CHAPTER 8.DEVELOPMENT OF WEB-BASED ASSESSMENT SOFTWARE AND ITS IMPLEMENTATION IN PRACTICE
8.1. Overview of the software structure
8.2. Technical structure and key technologies
8.3. Key features and functionalities
8.3.1. Accessibility
8.3.2. Registration
8.3.3. Management of assessment cases
8.3.4. Creation of a new assessment case
8.3.5. Design assessment questionnaire
8.3.6. Displaying the assessment results
8.4. Considerations for interactions in the assessment software
8.4.1. Reliability awareness
8.4.2. Reflection of AV-HCO direct vs. indirect distinctions
8.4.3. Clarification of conflicts in studies’ findings
8.5. Case analysis
8.5.1. On-site assessment and data collection for AVs’ specifications
8.5.2. Assessment results of case analysis
8.5.3. Comparative analysis
8.6. Experts’ feedback
8.6.1. Selection of participants
8.6.2. Content of the feedback sessions
8.6.3. Feedback session process and outcomes
CHAPTER 9.DISCUSSION AND CONCLUSION
9.1. Thesis implications for dementia-friendly design assessment
9.1.1. Standardization and organization of AVs and HCOs
9.1.2. Systematic consideration of interactions
9.1.3. Application capabilities
9.2. Limitations
9.2.1. Scope of interactions and benchmarking
9.2.2. Limitation in qualitative nature of EBD findings
9.2.3. Practical application and validation
9.2.4. Standardization of terminology
9.2.5. Stakeholder interplay
9.3. Future directions
9.3.1. Expanding scope of interactions
9.3.2. Expanding practical application and user feedback
9.3.3. Extending standardization of terminology
9.3.4. Region-specific versions of the assessment software
9.4. Conclusion
APPENDICES
TABLE OF TABLES
TABLE OF FIGURES
DECLARATION
REFERENCE
Punctured groups for exotic fusion systems
Get PDFThe transporter systems of Oliver and Ventura and the localities of Chermak are classes of algebraic structures that model the -local structures of finite groups. Other than the transporter categories and localities of finite groups, important examples include centric, quasicentric, and subcentric linking systems for saturated fusion systems. These examples are, however, not defined in general on the full collection of subgroups of the Sylow group. We study here punctured groups, a short name for transporter systems or localities on the collection of nonidentity subgroups of a finite -group. As an application of the existence of a punctured group, we show that the subgroup homology decomposition on the centric collection is sharp for the fusion system. We also prove a Signalizer Functor Theorem for punctured groups and use it to show that the smallest Benson–Solomon exotic fusion system at the prime 2 has a punctured group, while the others do not. As for exotic fusion systems at odd primes , we survey several classes and find that in almost all cases, either the subcentric linking system is a punctured group for the system, or the system has no punctured group because the normalizer of some subgroup of order is exotic. Finally, we classify punctured groups restricting to the centric linking system for certain fusion systems on extraspecial -groups of order 3
´Zwischenräume spielen lassen´ – Eine Bricolage Ästhetischer Pflegebildung
Get PDFPflegesituationen sind durch Qualitäten und Atmosphären gekennzeichnet, die ihnen eine gewisse Grenzwertigkeit eintragen. Ihre Besonderheiten können in ästhetischen Pflegebildungsprozessen aufgegriffen werden, die ihrerseits vielstimmige Erzählungen ermöglichen und eine Bandbreite an Wahrnehmungs- und Artikulationsmöglichkeiten bieten. Besagte Potenziale bringen die Frage auf, wie die komplexen Verhältnisse zwischen Pflege, Ästhetik und Bildung gedeutet und konkretisiert werden können. Diesem Desiderat geht die Studie nach. Sie nimmt ausgewählte ästhetische Dimensionen sowohl des Pflegerischen als auch von Pflegebildungsprozessen mit überwiegend philosophischen Zugängen in den Blick. Damit schließt sie an die zunehmend artikulierte Bedeutung ästhetischer Bildungsarbeit im Feld der Pflege an. In diesem Rahmen thematisiert die Studie auch die konstitutiven Verortungs- und Darstellungsprobleme Ästhetischer Bildung. Sie werden als Herausforderung, aber auch als Chance angesehen und sind ein zentraler Beweggrund des gewählten Designs. Geleitet vom auf Hatch/ Maietta zurückgehenden Prinzip, Zwischenräume spielen zu lassen, leistet die Studie einen Beitrag zu Handlungs- und Forschungsfeldern der Disziplin Pflegedidaktik. Die besagte kinästhetische Idee wird als Metapher und pflegebildungsphilosophisches Prinzip rezirkuliert, was eine Deutung auf mehreren Ebenen ermöglicht. Dabei wird ein eklektischer Ansatz – die Bricolage im Sinne Lévi-Strauss´ – als Stil ästhetischen Forschens umgesetzt. Dies ermöglicht Denkbewegungen und Begriffsentwicklung im Zwischen der Bezüge. Zentrale Ergebnisse bestehen in der Hervorbringung mehrstimmiger Deutungs- und Artikulationsangebote Ästhetischer Pflegebildung. Diese weisen einen feldnahen Erfahrungs- und Situationsbezug auf. Getragen wird die dahingehende Argumentation von Metaphern und Bildgebungen sowie phänomenologischen und kritischen Perspektiven. Die Verschränkung dieser Zugänge zur Beleuchtung von ausgewählten Anlässen und Aussichten Ästhetischer Pflegebildung wurde bislang nicht geleistet. Die Studie bietet Impulse für eine phänomenologisch-kritische Philosophie Ästhetischer Pflegebildung, die durch ein Denken vom Zwischen aus getragen ist. In der Gesamtschau bietet sie theoretische und praktische Anregungen auf mehreren Ebenen. Sie enthält Handlungsempfehlungen und reflektiert überdies Chancen und Grenzen der Bricolage als Modus ästhetischen Forschens. Horizont dieser Forschungsarbeit sind überfällige gesellschaftliche Gewichtsverlagerungen zugunsten der Berufsgruppe Pflege sowie Carearbeit als gesellschaftlicher Praxis.:INHALT
DANKSAGUNG I
ABSTRACT III
ZUSAMMENFASSUNG IV
ABBILDUNGSVERZEICHNIS IX
TEIL I EXPOSITION DER FORSCHUNGSINTERESSEN 1
1 ANNÄHERUNG UND KONSTITUTION ´VOM ZWISCHEN AUS´ 7
1.1 THEMENRELEVANZ UND HINTERGRUND 7
1.2 SITUIERUNG UND BEGRÜNDUNG DES VORGEHENS 10
1.2.1 Ästhetische Bildung: Eine kritische Annäherung 12
1.2.2 Situierung Ästhetischer Bildung im Zwischen 15
1.2.3 Vagheit der Themen als Beweggrund der Bricolage 18
1.3 ´ZWISCHENRÄUME SPIELEN LASSEN´ ALS LEITPRINZIP 20
1.3.1. Die kinästhetische Situation als Bezugsanker 21
1.3.2 Zum pflegebildungsphilosophischen Leitprinzip 24
1.4 DESIDERATE, FORSCHUNGSFRAGEN UND STRUKTUR DER ARBEIT 26
2 BRICOLAGE ALS SPIELART ÄSTHETISCHEN FORSCHENS 31
2.1 HINTERGRUND, PROZESSELEMENTE UND AUSPRÄGUNGEN DER BRICOLAGE 32
2.2 ZUM SELBSTVERSTÄNDNIS IM FORSCHUNGSPROZESS 37
2.3 NÄHERUNGSWEISEN AN DIE GEGENSTÄNDE ´VOM ZWISCHEN AUS´ 39
2.3.1 Metaphern und Bildgebungen 40
2.3.2 Essayistische und konstellative Gestaltungselemente 44
TEIL II DURCHFÜHRUNG DER BRICOLAGE 47
3 PFLEGE – ÄSTHETIK – BILDUNG 48
3.1 ZUR GRENZ-WERTIGKEIT DES PFLEGERISCHEN 49
3.1.1 Bildgebungen und Annäherung an pflegerische Grenz-wertigkeiten 50
3.1.1.1 ´Profit pflegt keine Menschen´/ ´Das hier ist nicht Hollywood´ 51
3.1.1.2 Pflegerische Grenzgänge als Problemfelder 57
3.1.2 Zu Pflege als Lern- und Bildungsgegenstand 58
3.1.3 Pflegedidaktik als grenzgängerische Disziplin 61
3.2 SPIELARTEN DES ÄSTHETISCHEN MIT BLICK AUF PFLEGE 64
3.2.1 Argumentationskontexte Ästhetischer Pflegebildung 66
3.2.1.1 Ausgewählte paradigmatische Orientierungen 67
3.2.1.2 Eine Studie als Beispiel herausfordernder Multiperspektivität 70
3.2.2 Zwischen Aisthesis und Ästhetik 73
3.2.2.1 Hintergrund und erste Eingrenzung 75
3.2.2.2 Zum Topos ästhetischen Wissens 77
3.2.2.3 Ästhetische Erfahrung als Moment des besonders Werdens 80
3.3 BILDUNG ALS ZWISCHENGESCHEHEN 86
3.3.1 Essayistische Annäherung 88
3.3.2 Doppelte Subjektivierung als regulative Idee 92
3.3.2.1 Hinführendes zum Subjektbegriff 94
3.3.2.2 Subjektivierung(en) im doppelten Situationsbezug 97
3.3.3 Bildgebung: ´Mit einem anderen Blickwinkel´ 101
3.4 KERNELEMENTE EINER ´DIRTY AESTHETICS´ 103
4 NEOPHÄNOMENOLOGISCHE BRICOLAGE 107
4.1 HINFÜHRUNG UND BILDGEBUNG 109
4.1.1 Vorbemerkungen und Kontextualisierung 111
4.1.2 Entstehungskontext des Bildes und aufkommende Fragen 113
4.1.3 Zwischen Eindruck und Ausdruck: A*´s erster Tag 115
4.2 PFLEGERISCHER MANNIGFALTIGKEIT BEGEGNEN 116
4.2.1 Situation – Körper – Leib 117
4.2.1.1 Zur Konstitution und Typisierung von Situationen 118
4.2.1.2 Die persönliche Situation 126
4.2.1.3 Zwischen Körper und Leib: Pflegerische Grenz-Wertigkeit 128
4.2.1.4 Leibliche Kommunikation(en) als Zwischengeschehen 132
4.2.2 Fassungen – spielerische Identifizierung 140
4.2.2.1 Pflegeberufliche Fassungen entwickeln 141
4.2.2.2 Spielerische Identifizierung als Form der Fassungsarbeit 144
4.2.3 Atmosphären – Konstellationen 147
4.2.3.1 Atmosphären zwischen Widerfahrnis und Gestaltungsaufgabe 148
4.2.3.2 Konstellationen als Ordnungsinstanzen mit Umschlagpotenzial 149
4.3 VERSCHRÄNKUNGSMÖGLICHKEITEN MIT PERSPEKTIVEN DER KRITISCHEN THEORIE 153
4.3.1 Verteidigung des Nichtidentischen/ Mannigfaltigen 156
4.3.2 Befragungsmöglichkeiten der kinästhetischen Situation 160
4.4 AUSGEWÄHLTE ANSCHLUSSMÖGLICHKEITEN 164
TEIL III REPRISE UND AUSBLICK 168
5 VERDICHTUNG, ERWEITERUNG UND EINLADUNG ZUR BRICOLAGE 169
5.1 VERDICHTUNG DER ERTRÄGE UND IMPULSE AUF UNTERSCHIEDLICHEN EBENEN 170
5.1.1 Begriffsentwicklung Ästhetischer Pflegebildung ´vom Zwischen aus´ 172
5.1.1.1 Bildungsanlässe zwischen Leib, Situation und Konstellation 173
5.1.1.2 Fassung(en) und Atmosphären als bildungsrelevante Einflussgrößen 175
5.1.1.3 Erweiterte und kritische Blickwinkel auf Ästhetische Pflegebildung 178
5.1.2 Verbindungslinien zu ausgewählten pflegedidaktischen Beiträgen 181
5.2 ERWEITERUNG UM ORTE UND HORIZONTE 183
5.2.1 Dritte Orte: Vergegenwärtigung(en) des Zwischen 184
5.2.1.1 Bewegungen zwischen Nähe und Distanz zum Pflegekontext 185
5.2.1.2 ´Who Cares´? Theater als Zwischenraum 187
5.2.2 Horizonte: Erweiterungsmöglichkeiten der gewonnenen Perspektiven 189
5.2.2.1 Impulse für hochschuldidaktische Kontexte und Pflegelehrendenbildung 191
5.2.2.2 Handlungstheoretische Impulse im Anschluss an die Bricolage 195
5.2.3 Ästhetische Pflegebildungsforschung: Einladung zur Bricolage 197
6 RÜCKSCHAU, REFLEXION DES PROZESSES UND AUSBLICK 202
6.1 NACHZEICHNUNG DES UNTERSUCHUNGSGANGS 202
6.2 KRITISCHE EINSCHÄTZUNG DES GEWÄHLTEN VORGEHENS 207
6.2.1 Reflexion anhand ausgewählter Gütekriterien 208
6.2.2 Abschließende Gedanken 212
6.3 FAZIT UND AUSBLICK: GESELLSCHAFTLICHE GEWICHTSVERLAGERUNGEN 213
LITERATUR 216Nursing care situations are characterized by qualities and atmospheres of a certain boundary value. Their unique character can be addressed in aesthetic nursing education processes, allowing for rich, polyphonic narratives and a range of options for extended perception and articulation. These potentials raise the question of how the complex interrelationships between nursing, aesthetics and education can be interpreted and concretized. The study pursues this desideratum. It highlights selected aesthetic dimensions of both nursing and nursing education processes with predominantly philosophical approaches. Thereby, it ties in with the increasingly articulated relevance of aesthetic educational work in the field of nursing. The study also takes a look at constitutive localization and representation issues in aesthetic education. They are considered not only as a challenge, but also as an opportunity and legitimize the chosen design. Guided by the principle of allowing intermediate spaces to play – a concept derived from Hatch/ Maietta – the study contributes to fields of action and research in the discipline of nursing didactics. The kinaesthetic idea is recirculated as a metaphor and principle of nursing education philosophy, allowing for interpretations on several levels. In doing so, an eclectic approach, the bricolage in the sense of Lévi-Strauss is conducted as a style of aesthetic research. It guides the movements undertaken between perspectives and allows for concept development in the interstice of references.
The main result is a polyphonic sample of options to interpret and articulate selected meanings and questions of aesthetic nursing education. These readings entail a close experiential and situational reference to the field. The argumentation is supported by metaphors and imagery, as well as phenomenological and critical perspectives. An entanglement of these accesses in order to highlight the reasons for and prospects of aesthetic nursing education has not yet been achieved. The study offers impulses for a phenomenological and critical philosophy of aesthetic nursing education, thinking and processing from within. Overall, it provides theoretical and practical suggestions on several areas of the chosen field. Moreover, it entails recommendations and reflects on the opportunities and limitations of bricolage as a style of aesthetic inquiry.
The Horizon of this research are overdue social weight shifts in favor of the nursing profession, but also of care work as a societal practice.:INHALT
DANKSAGUNG I
ABSTRACT III
ZUSAMMENFASSUNG IV
ABBILDUNGSVERZEICHNIS IX
TEIL I EXPOSITION DER FORSCHUNGSINTERESSEN 1
1 ANNÄHERUNG UND KONSTITUTION ´VOM ZWISCHEN AUS´ 7
1.1 THEMENRELEVANZ UND HINTERGRUND 7
1.2 SITUIERUNG UND BEGRÜNDUNG DES VORGEHENS 10
1.2.1 Ästhetische Bildung: Eine kritische Annäherung 12
1.2.2 Situierung Ästhetischer Bildung im Zwischen 15
1.2.3 Vagheit der Themen als Beweggrund der Bricolage 18
1.3 ´ZWISCHENRÄUME SPIELEN LASSEN´ ALS LEITPRINZIP 20
1.3.1. Die kinästhetische Situation als Bezugsanker 21
1.3.2 Zum pflegebildungsphilosophischen Leitprinzip 24
1.4 DESIDERATE, FORSCHUNGSFRAGEN UND STRUKTUR DER ARBEIT 26
2 BRICOLAGE ALS SPIELART ÄSTHETISCHEN FORSCHENS 31
2.1 HINTERGRUND, PROZESSELEMENTE UND AUSPRÄGUNGEN DER BRICOLAGE 32
2.2 ZUM SELBSTVERSTÄNDNIS IM FORSCHUNGSPROZESS 37
2.3 NÄHERUNGSWEISEN AN DIE GEGENSTÄNDE ´VOM ZWISCHEN AUS´ 39
2.3.1 Metaphern und Bildgebungen 40
2.3.2 Essayistische und konstellative Gestaltungselemente 44
TEIL II DURCHFÜHRUNG DER BRICOLAGE 47
3 PFLEGE – ÄSTHETIK – BILDUNG 48
3.1 ZUR GRENZ-WERTIGKEIT DES PFLEGERISCHEN 49
3.1.1 Bildgebungen und Annäherung an pflegerische Grenz-wertigkeiten 50
3.1.1.1 ´Profit pflegt keine Menschen´/ ´Das hier ist nicht Hollywood´ 51
3.1.1.2 Pflegerische Grenzgänge als Problemfelder 57
3.1.2 Zu Pflege als Lern- und Bildungsgegenstand 58
3.1.3 Pflegedidaktik als grenzgängerische Disziplin 61
3.2 SPIELARTEN DES ÄSTHETISCHEN MIT BLICK AUF PFLEGE 64
3.2.1 Argumentationskontexte Ästhetischer Pflegebildung 66
3.2.1.1 Ausgewählte paradigmatische Orientierungen 67
3.2.1.2 Eine Studie als Beispiel herausfordernder Multiperspektivität 70
3.2.2 Zwischen Aisthesis und Ästhetik 73
3.2.2.1 Hintergrund und erste Eingrenzung 75
3.2.2.2 Zum Topos ästhetischen Wissens 77
3.2.2.3 Ästhetische Erfahrung als Moment des besonders Werdens 80
3.3 BILDUNG ALS ZWISCHENGESCHEHEN 86
3.3.1 Essayistische Annäherung 88
3.3.2 Doppelte Subjektivierung als regulative Idee 92
3.3.2.1 Hinführendes zum Subjektbegriff 94
3.3.2.2 Subjektivierung(en) im doppelten Situationsbezug 97
3.3.3 Bildgebung: ´Mit einem anderen Blickwinkel´ 101
3.4 KERNELEMENTE EINER ´DIRTY AESTHETICS´ 103
4 NEOPHÄNOMENOLOGISCHE BRICOLAGE 107
4.1 HINFÜHRUNG UND BILDGEBUNG 109
4.1.1 Vorbemerkungen und Kontextualisierung 111
4.1.2 Entstehungskontext des Bildes und aufkommende Fragen 113
4.1.3 Zwischen Eindruck und Ausdruck: A*´s erster Tag 115
4.2 PFLEGERISCHER MANNIGFALTIGKEIT BEGEGNEN 116
4.2.1 Situation – Körper – Leib 117
4.2.1.1 Zur Konstitution und Typisierung von Situationen 118
4.2.1.2 Die persönliche Situation 126
4.2.1.3 Zwischen Körper und Leib: Pflegerische Grenz-Wertigkeit 128
4.2.1.4 Leibliche Kommunikation(en) als Zwischengeschehen 132
4.2.2 Fassungen – spielerische Identifizierung 140
4.2.2.1 Pflegeberufliche Fassungen entwickeln 141
4.2.2.2 Spielerische Identifizierung als Form der Fassungsarbeit 144
4.2.3 Atmosphären – Konstellationen 147
4.2.3.1 Atmosphären zwischen Widerfahrnis und Gestaltungsaufgabe 148
4.2.3.2 Konstellationen als Ordnungsinstanzen mit Umschlagpotenzial 149
4.3 VERSCHRÄNKUNGSMÖGLICHKEITEN MIT PERSPEKTIVEN DER KRITISCHEN THEORIE 153
4.3.1 Verteidigung des Nichtidentischen/ Mannigfaltigen 156
4.3.2 Befragungsmöglichkeiten der kinästhetischen Situation 160
4.4 AUSGEWÄHLTE ANSCHLUSSMÖGLICHKEITEN 164
TEIL III REPRISE UND AUSBLICK 168
5 VERDICHTUNG, ERWEITERUNG UND EINLADUNG ZUR BRICOLAGE 169
5.1 VERDICHTUNG DER ERTRÄGE UND IMPULSE AUF UNTERSCHIEDLICHEN EBENEN 170
5.1.1 Begriffsentwicklung Ästhetischer Pflegebildung ´vom Zwischen aus´ 172
5.1.1.1 Bildungsanlässe zwischen Leib, Situation und Konstellation 173
5.1.1.2 Fassung(en) und Atmosphären als bildungsrelevante Einflussgrößen 175
5.1.1.3 Erweiterte und kritische Blickwinkel auf Ästhetische Pflegebildung 178
5.1.2 Verbindungslinien zu ausgewählten pflegedidaktischen Beiträgen 181
5.2 ERWEITERUNG UM ORTE UND HORIZONTE 183
5.2.1 Dritte Orte: Vergegenwärtigung(en) des Zwischen 184
5.2.1.1 Bewegungen zwischen Nähe und Distanz zum Pflegekontext 185
5.2.1.2 ´Who Cares´? Theater als Zwischenraum 187
5.2.2 Horizonte: Erweiterungsmöglichkeiten der gewonnenen Perspektiven 189
5.2.2.1 Impulse für hochschuldidaktische Kontexte und Pflegelehrendenbildung 191
5.2.2.2 Handlungstheoretische Impulse im Anschluss an die Bricolage 195
5.2.3 Ästhetische Pflegebildungsforschung: Einladung zur Bricolage 197
6 RÜCKSCHAU, REFLEXION DES PROZESSES UND AUSBLICK 202
6.1 NACHZEICHNUNG DES UNTERSUCHUNGSGANGS 202
6.2 KRITISCHE EINSCHÄTZUNG DES GEWÄHLTEN VORGEHENS 207
6.2.1 Reflexion anhand ausgewählter Gütekriterien 208
6.2.2 Abschließende Gedanken 212
6.3 FAZIT UND AUSBLICK: GESELLSCHAFTLICHE GEWICHTSVERLAGERUNGEN 213
LITERATUR 21
Efficient content-adaptive processing of large-scale fluorescence microscopy data
Get PDFFluorescence microscopy is a pivotal technology in biological research, enabling high-resolution imaging of cellular and subcellular structures and processes. Modern imaging modalities, such as light-sheet microscopy, are able to acquire images with high spatial and temporal resolution over large areas or long durations, leading to the routine generation of terabyte-sized datasets. Diverse image processing algorithms are required to extract useful information from these image datasets, but their application is impeded by the vast data size. This “data bottleneck” often limits the throughput and scalability of fluorescence microscopy studies and leads to under-utilization of the information contained in the images.
This thesis addresses the computational challenges of processing large image volumes by leveraging the Adaptive Particle Representation (APR). The APR is a multi-resolution image representation that optimally adapts the local sampling density to the image contents, thereby reducing redundancies in the representation of sparse images typical of fluorescence microscopy. We build upon the APR and its previously existing software to enable a wide range of image processing methods, from basic filtering operations to advanced deep-learning techniques, to leverage the data-efficient APR format for enhanced computational efficiency and greatly reduced memory requirements on parallel computer architectures. We demonstrate in real large-scale imaging applications that this can provide a comprehensive solution to the data bottleneck in fluorescence microscopy.
First, we present data structures and algorithms that enable efficient and native processing on APR images using multi-core CPU and GPU parallelization. We define an adaptation of discrete convolutions, which are essential for many image processing tasks, and strategies for defining scale-adaptive filters that exploit the varying spatial scales of the APR. We demonstrate the viability of this approach in the task of image deconvolution on synthetic and real images, and quantify the computational efficiency of our implementation compared to pixel convolutions on evenly sampled data. Second, we demonstrate the practical utility of APR-based image processing in large-scale neurohistology applications. We present methods that enable complete APR-native pipelines, including automatic APR conversion, multi-tile stitching, segmentation, visualization, and atlas registration. Applied in imaging experiments on an entire mouse brain and a large section of human brain tissue, our pipeline exhibits substantially increased efficiency over established voxel methods, achieving 115-fold reduced storage requirements and 71 times accelerated processing, enabling acquisition-rate processing on a modest workstation CPU. Finally, we adapt convolutional neural networks (CNNs) to operate natively on the APR, resulting in APR-CNNs that leverage the APR data structures to reduce their memory footprint and computational burden. Given that computationally intensive CNNs have emerged as the state of the art across a wide range of image processing tasks, this adaptation greatly broadens the applicability of APR-based processing. We evaluate the performance of APR-CNNs in instance segmentation on real microscopy data, showing that they can achieve comparable segmentation accuracy to traditional pixel CNNs despite significantly reduced input data size.
This thesis demonstrates the potential of APR-native image processing as a transformative tool for fluorescence microscopy. By developing and optimizing data structures, algorithms, and pipelines tailored for data-efficient APR images, this work paves the way toward comprehensive solutions to the data bottleneck in large-scale imaging through a combination of data reduction and parallel processing. In particular, the adaptation of deep-learning methods has broad applicability, potentially leading to more efficient and scalable bioimaging workflows that can accelerate and reduce the cost of scientific discovery.:Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Thesis outline and contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 Fluorescence microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Image processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 The data bottleneck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 Approaches to dealing with large image data . . . . . . . . . . . 15
2.4.1 Image compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.2 Parallel processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.3 Data reduction and representation . . . . . . . . . . . . . 17
2.5 The Adaptive Particle Representation (APR) . . . . . . . . . . . 22
2.5.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5.2 Particle cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5.3 Neighborhood and reconstruction . . . . . . . . . . . . . 26
2.5.4 Determining the APR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3 Efficient image processing using the APR . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1 Data structures and algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.1 Sparse APR data structure . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.2 Sequential data access and iteration . . . . . . . . . . . 33
3.1.3 Neighborhood data access . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.4 The APR tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.5 Isotropic patch reconstruction . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2 Discrete convolutions on APRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.1 APR filtering by discrete convolution . . . . . . . . . . 39
3.2.2 Pixel-consistent APR convolutions by stencil restriction 41
3.2.3 Resolution-adaptive filters . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.4 Parallel implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.1 APR convolution benchmarks . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.2 Richardson-Lucy deconvolution . . . . . . . . . . . . . . 52
3.4 APR processing in Python: pyapr . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.5 Chapter summary and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4 Applications in large-scale neurohistology . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.1 APR-based image processing pipeline . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.1.1 Automatic APR conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.1.2 Stitching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.1.3 Segmentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.1.4 Visualization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.1.5 Atlas registration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.2.1 Whole mouse brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.2.2 Human brain section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2.3 Petascale processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.3 Chapter summary and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5 APR-native deep learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.1 Deep learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.1 Supervised learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.2 Artificial neural networks . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.3 CNN architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.1.4 Training neural networks . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.1.5 Data availability challenges . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.1.6 Computational resource challenges . . . . . . . . . . . . 93
5.2 APR-native convolutional neural networks . . . . . . . . . . . . 96
5.2.1 Related work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.2.2 APR-CNN layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.2.3 Applications of APR-based deep learning in microscopy 103
5.2.4 Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.2.5 Performance benchmarks . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.2.6 Parallel implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.3 Chapter summary and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6 Conclusion and outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
A Synthetic benchmark images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
B APR-CNN layer definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
B.1 APR convolution layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
B.1.1 Backpropagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
B.2 APR resampling layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Magnetron sputtering of magnetic thin film materials for spintronics
Get PDFSpintronics explores the utilization of the electron spin in addition to the charge in solid-state devices, with the goal of enhancing functionality beyond conventional electronics. An essential component for many spintronic devices are magnetic thin film, and consequentially the fabrication of such films often marks the first step in the research of novel materials or towards their integration into applications. In this thesis, the film growth and the properties of two different magnetic thin film materials, grown by magnetron sputtering, are investigated.
The first part of the thesis is focused on MnAl. This ferrimagnetic alloy features a high magnetocrystalline anisotropy, making it attractive for application as rare-earth free permanent magnet or in various spintronic applications as a perpendicular magnetic anisotropy (PMA) material. However, so far, the magnetothermal transport properties of MnAl, i.e. the anomalous Nernst effect (ANE), are still unknown. Here, we will report on the successful growth of MnAl thin films, and their magnetothermal transport properties. For the fabrication, MgO substrates with a Cr buffer layer were utilised, and several deposition parameter were optimised to achieve a chemically ordered, highly texturised MnAl. By magnetometry measurement as well as measurements of the anomalous Hall effect (AHE), we demonstrate the PMA and find magnetic properties comparable to other MnAl thin films. Finally, the magnetothermal transport properties, especially the ANE, are investigated. We find that the ANE features the signature of PMA, and the anomalous Nernst coefficient is comparable to other PMA materials. With that, we establish MnAl thin films as a potential candidate for spintronic or spincaloritronic applications.
The second part of the thesis is centred around the ferrimagnetic insulator of aluminium substituted yttrium iron garnet (YAlIG). Magnetic garnets, in particular yttrium iron garnet (YIG), are widely used materials in spintronic or magnonic experiments. However, experiments at elevated temperatures around the Curie temperature have proven to be challenging. In the framework of this thesis, we aim to reduce the Curie temperature of YIG by substitution with Al. To this end, YAlIG thin films are prepared by radio frequency (rf) sputtering at room temperature in combination with an ex situ annealing step, and we demonstrate a high structural quality of the epitaxially grown thin film. The systematic reduction of the Curie temperature with increasing Al substitution is confirmed by magnetometry measurements. Upon characterisation by broadband ferromagnetic resonance, we find that the magnetic anisotropy is highly dependent on the substrate material, and a Gilbert damping comparable to other garnet thin films. Therefore, YAlIG thin films provide a material platform for spintronic and magnonic experiments across different magnetic phases
Characterisation of the expression and function of immune relevant molecules for disease progression in hematologic and solid tumors
Get PDFCancer immunotherapy has revolutionized the treatment of tumor patients. However, only a limited number of patients developed a long-term response. Therefore, the identification of biomarkers is urgently required for the effective stratification of patients with solid and hematopoietic tumors, in order to select the most suitable therapy for the patient. These biomarkers can be single molecules, like RNAs, proteins or proteoglycans and frequently are direct mediators or a result of changes in the tumor microenvironment (TME). These include miRNAs, small non coding RNAs (20-24nt), which have a multivalent role and involved in the post transcriptionally control of multiple immune relevant targets thereby contributing to immune escape and tumor progression. Various miRNAs have been found to be deregulated in malignant lesions and might serve as diagnostic, prognostic and predictive biomarkers. Due to the large number of these small RNAs, which could regulate the expression of various molecules, their analysis is a challenge. Therefore, the aim with this PhD thesis is to identify novel biomarkers based on their functional role in immune responses utilizing immune modulatory miRNAs in melanoma and myelodysplastic syndromes (MDS). Relevant miRNAs were identified based on their ability to bind on the target checkpoint molecules of interest (PD-L1, CTLA-4) through the miTRAP method. The ability of these miRNAs to downregulate their target molecules was validated through flow cytometry and changes in the molecules’ function in vitro were assessed. Selected targets were quantified by qPCR and their relation to clinicopathological characteristics and the composition of the tumor immune cell infiltrate of melanoma patients were determined. In silico analysis was utilized for the identification of deregulated miRNAs involved in common pathways of MDS. MiRNAs targeting the NF-kB pathway components TLR4, MYD88, IRAK1, TRAF6 and NFκB1 were quantified in formalin-fixed, paraffin-embedded bone marrow biopsies (BMBs) of healthy controls and MDS patients. The expression levels of the TLR4 ligand, biglycan, were evaluated in MDS/AML cell lines and BMBs, while changes in the BM immune infiltrate were analysed via multi-spectral imaging. Inflammasome components were evaluated in vitro by Western blot analysis and validated in biopsies of MDS patients via multi-spectral imaging. The BGN-mediated pyroptosis was inhibited by drugs or CRISPR/Cas9 knock-out and changes in morphology and the cell population composition determined by flow cytometry and microscopy. Six (6) PD-L1 and seven (7) CTLA-4 specific miRNAs were identified capable of downregulating their respective target molecules, while dual reporter assay confirmed their binding to the 3’ UTR of their targets. Downregulation mediated by the selected miRNAs was sufficient to increase cytotoxicity (PD-L1) and reduce the trogocytotic potential (CTLA-4) of transfected cells. The PD-L1 miRNA signature was capable of predicting melanoma patients’ relapse when combined with CD8+ T cell infiltration and PD-L1 expression, while the CTLA-4 miRNA expression correlated with changes in the CD4+ T cell subset in melanoma patients before and after treatment with anti-CTLA-4 antibodies. The expression of 8 inflammation related miRNAs showed a differential expression pattern between healthy donors and MDS/sAML patients, while the generation of the infla-miR signature increased its diagnostic and prognostic potential. BGN was identified as a mediator of inflammation in MDS along with the miRNAs, showing BGN-mediated pyroptosis in the in vitro model used and in the BMBs. Recombinant BGN was capable of disrupting hematopoiesis in vitro, while the effect could be reversed by inhibitors of the inflammasome pathway and antibodies. Knockdown of BGN in MDS cells induced myeloid differentiation, while patients with high levels of BGN in their bone marrow were deemed detrimental for MDS patients. Identification of immune modulatory miRNAs can allow us to effectively stratify patients, when analysed in parallel with immune infiltration and could be an intervention tool to restore dysregulated pathways in the context of cancer. Moreover, changes in the regulation of miRNAs can indicate systematic changes in the tumor microenvironment and direct us towards the identification of novel biomarkers. All in all, miRNAs are an important tool providing crucial information about the disease and can potentially support the development of new therapeutic means