Technische Universität Dresden: Qucosa
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Epidemiologie und klinischer Verlauf chronisch entzündlicher Darmerkrankungen im Kindes- und Jugendalter
No full textHintergrund:
Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (CED) umfassen Morbus Crohn (MC), Colitis ulcerosa (CU) und Colitis indeterminata (CI). Während CED im Kindes- und Jugendalter lange als selten galten, wird seit dem 21. Jahrhundert ein signifikanter Inzidenzanstieg insbesondere von MC beobachtet (benchimol_epidemiology_2011, ng_worldwide_2017). Etwa 20% der Fälle treten vor dem 20. Lebensjahr auf, zunehmend bereits in frühen Kindheitsjahren (kern_incidence_2021). Ein früher Krankheitsbeginn ist mit schwereren Verläufen, Wachstumsverzögerungen und einer erhöhten psycho-sozialen Belastung assoziiert (dabritz_inflammatory_2017, jin_growth_2021). Die steigende Inzidenz stellt auch gesundheitspolitische und ökonomische Herausforderungen dar. CED führen durch Therapie- und Krankenhauskosten zu erheblichen direkten Gesundheitsausgaben, die in Europa auf rund 5 Milliarden Euro pro Jahr geschätzt werden (fondell_health_2020).
Vor diesem Hintergrund ist die Identifikation globaler epidemiologischer Muster sowie klinischer Verläufe der CED im Kindes- und Jugendalter essenziell. Diese Dissertation zielt darauf ab, epidemiologische Zusammenhänge sowie klinische Verläufe von MC und CU im Kindes- und Jugendalter zu untersuchen. Für die Untersuchungen zum klinischen Verlauf lag ein besonderes Augenmerk auf der initialen Krankheitsaktivität, dem Alter und Geschlecht der betroffenen Kinder und Jugendlichen sowie den eingesetzten Therapien.
Methodik:
In der vorliegenden Dissertation wurden zur Beantwortung der Forschungsfragen zwei komplementäre methodische Ansätze gewählt. Der erste Ansatz umfasst ein systematisches Review der globalen epidemiologischen Muster von CED im Kindes- und Jugendalter über einen Zeitraum von 50 Jahren (1970–2019). Die Ergebnisse hieraus wurden sowohl qualitativ synthetisiert als auch durch Meta-Analysen quantifiziert. Zur Untersuchung globaler und regionaler epidemiologischer Zusammenhänge wurden Meta-Regressionen durchgeführt.
Der zweite methodische Ansatz basiert auf einer 15-jährigen Longitudinalstudie des sächsischen CED-Registers für Kinder und Jugendliche. Nach Harmonisierung und Aufbereitung der Registerdaten erfolgte die quantitative Analyse mittels deskriptiver und inferenzstatistischer Methoden, insbesondere durch Regressions-, Survival- und Cox-Regressionsanalysen. Die Effekte wurden als Hazard Ratio (HR) mit 95%-Konfidenzintervallen dargestellt. Für alle inferenzstatistischen Analysen wurde das Signifikanzniveau a priori auf 5% festgelegt.
Ergebnisse:
Die Ergebnisse des systematischen Reviews mit Meta-Analysen von 81 Primärstudien zeigten eine ausgeprägte Heterogenität der pädiatrischen CED-Inzidenzraten. Anders als initial angenommen, ließ sich kein globaler zeitlicher Trend steigender Inzidenzraten über den 50-jährigen Beobachtungszeitraum nachweisen. Vielmehr zeigte sich eine signifikante Korrelation zwischen der geografischen Breite und der Inzidenz, mit höheren Raten bei zunehmender Äquatordistanz. Auch sozioökonomische Faktoren korrelierten positiv mit den Inzidenzraten. Als potenzielle Moderatoren der CED-Inzidenz wurden der UV-Index und Luftschadstoffe identifiziert.
Die longitudinale Analyse des sächsischen CED-Registers (n=531) demonstrierte altersspezifische Unterschiede im Krankheitsverlauf. Insbesondere in der Altersgruppe A1a wurde eine signifikant verlängerte Zeit bis zur Verbesserung der Krankheitsaktivität beobachtet. Neben dem Alter erwies sich das Geschlecht als bedeutsamer Prädiktor. Die initiale Entzündungslokalisation bei MC und das Befallsmuster bei CU zeigten prognostische Relevanz, wobei die limitierte Fallzahl in den Subgruppen zu berücksichtigen ist. Therapeutisch erwiesen sich bei MC Kombinationstherapien mit Infliximab als besonders wirksam. Bei CU zeigten sich deutliche altersabhängige Unterschiede im Therapieansprechen, mit prolongierten Verläufen in der Gruppe A1a.
Diskussion:
Die formulierten Forschungsfragen und Hypothesen wurden durch die Ergebnisse weitgehend bestätigt. Die Meta-Analyse identifizierte charakteristische geografische und sozioökonomische Muster der CED-Inzidenz. Die multifaktorielle Genese der CED im Kindes- und Jugendalter wurde durch den Einfluss von UV-Strahlung und Luftverschmutzung untermauert, wobei die hohe Datenheterogenität die Identifikation globaler Trends erschwerte.
Die Auswertung des sächsischen CED-Registers belegte relevante alters- und geschlechtsspezifische Unterschiede im klinischen Verlauf und Therapieansprechen. Diese Beobachtungen korrespondieren mit der beschriebenen erhöhten Komplikationsrate bei jüngeren Patient:innen. Während sich die Hypothese zur Wirksamkeit frühzeitiger biologischer und immunsuppressiver Therapien bestätigte, zeigten multimodale Therapieansätze eine deutliche Altersabhängigkeit. Diese Ergebnisse verdeutlichen die Notwendigkeit personalisierter Therapiekonzepte in der Behandlung pädiatrischer CED.
Fazit:
Die vorliegende Arbeit leistet einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der pädiatrischen CED durch die Identifikation spezifischer Einflussfaktoren auf Inzidenz und Krankheitsverlauf. Der nachgewiesene Einfluss geografischer, soziodemografischer und umweltbedingter Faktoren unterstreicht die multifaktorielle Ätiologie. Die Registeranalyse zeigt die Bedeutung alters- und geschlechtsspezifischer Unterschiede für die Therapieplanung und bestätigte die Wirksamkeit frühzeitiger Biologika- und Kombinationstherapien. Diese Erkenntnisse können einen Beitrag zur Weiterentwicklung personalisierter Therapiekonzepte leisten. Zukünftige Forschung sollte durch die verstärkte Nutzung von Real-World-Daten und internationale Kooperationen das Verständnis der Erkrankung weiter vertiefen.Background:
Inflammatory bowel diseases (IBD) encompass Crohn’s disease (CD), ulcerative colitis (UC), and indeterminate colitis (IC). While IBD in childhood and adolescence was long considered rare, a significant increase in incidence, particularly of CD, has been observed since the 21st century (benchimol_epidemiology_2011, ng_worldwide_2017). Approximately 20% of cases occur before the age of 20, with an increasing number of cases emerging in early childhood (kern_incidence_2021). Early disease onset is associated with more severe courses, growth retardation, and an increased psychosocial burden (dabritz_inflammatory_2017, jin_growth_2021). The rising incidence also presents healthcare and healtheconomic challenges. IBD leads to substantial direct healthcare expenditures due to therapy and hospitalization costs, estimated at approximately 5 billion euros per year in Europe (fondell_health_2020).
Given this context, identifying global epidemiological patterns and clinical courses of IBD in childhood and adolescence is essential. This dissertation aims to investigate epidemiological associations and clinical courses of CD and UC in pediatric and adolescent populations. Special attention was given to initial disease activity, age and sex of affected children and adolescents, and therapeutic approaches.
Methods:
To address the research questions, two complementary methodological approaches were employed. The first approach comprised a systematic review of global epidemiological patterns of pediatric IBD over a 50-year period (1970–2019). The results were synthesized qualitatively and quantified through meta-analyses. Meta-regressions were conducted to examine global and regional epidemiological associations.
The second methodological approach was based on a 15-year longitudinal study of the Saxon pediatric IBD registry. After harmonization and preparation of the registry data, quantitative analysis was performed using descriptive and inferential statistical methods, including regression, survival, and Cox regression analyses. Effects were reported as hazard ratios HR with 95% confidence intervals. The significance level for all inferential statistical analyses was predefined at 5%.
Results:
The systematic review and meta-analysis of 81 primary studies revealed considerable heterogeneity in pediatric IBD incidence rates. Contrary to initial assumptions, no global temporal trend of increasing incidence rates was observed over the 50-year study period. Instead, a significant correlation was identified between latitude and incidence, with higher rates observed at increasing distances from the equator. Socioeconomic factors also correlated positively with incidence rates. The UV index and air pollutants were identified as potential moderators of IBD incidence.
The longitudinal analysis of the Saxon IBD registry (n=531) demonstrated age-specific differences in disease progression. Notably, a significantly prolonged time to improvement in disease activity was observed in the A1a age group. In addition to age, sex was identified as an important predictor. The initial inflammation site in CD and disease distribution pattern in UC showed prognostic relevance, although the limited number of cases in subgroups must be considered. In terms of therapy, combination treatments with infliximab were found to be particularly effective in CD. In UC, distinct age-related differences in therapeutic response were observed, with prolonged disease courses in the A1a group.
Discussion:
The formulated research questions and hypotheses were largely confirmed by the results. The meta-analysis identified characteristic geographical and socioeconomic patterns of IBD incidence. The multifactorial etiology of pediatric IBD was supported by the influence of UV radiation and air pollution, although high data heterogeneity complicated the identification of global trends.
The evaluation of the Saxon IBD registry demonstrated relevant age- and sex-specific differences in clinical course and therapeutic response. These observations align with the previously reported increased complication rates in younger patients. While the hypothesis regarding the efficacy of early biologic and immunosuppressive therapies was confirmed, multimodal treatment approaches exhibited a strong age dependency. These findings underscore the necessity of personalized therapeutic concepts in the treatment of pediatric IBD.
Conclusion:
This dissertation contributes to the understanding of pediatric IBD by identifying specific factors influencing incidence and disease progression. The demonstrated impact of geographical, sociodemographic, and environmental factors highlights the multifactorial etiology. The registry analysis emphasized the importance of age- and sex-specific differences in therapy planning and confirmed the efficacy of early biologic and combination therapies. These insights contribute to the advancement of personalized treatment strategies. Future research should leverage real-world data and international collaborations to further deepen the understanding of the disease
Interface-Tailored Secondary Excitation and Ultrafast Charge/Energy Transfer in Ti3C2Tx-MoS2 Heterostructure Films
No full textCharge/energy separation across interfaces of plasmonic materials is vital for minimizing plasmonic losses and enhancing their performance in photochemical and optoelectronic applications. While heterostructures combining plasmonic two-dimensional transition metal carbides/nitrides (MXenes) and semiconducting transition metal dichalcogenides (TMDs) hold significant potential, the mechanisms governing plasmon-induced carrier dynamics at these interfaces remain elusive. Here, we uncover a distinctive secondary excitation phenomenon and an ultrafast charge/energy transfer process in heterostructure films composed of macro-scale Ti3C2Tx and MoS2 films. Using Rayleigh–Bénard convection and Marangoni effect-induced self-assembly, we fabricate large-scale (square centimeters) Ti3C2Tx and MoS2 films composed of edge-connected monolayer nanoflakes. These films are flexibly stacked in a controlled sequence to form macroscopic heterostructures, enabling the investigation and manipulation of excited-state dynamics using transient absorption and optical pump-terahertz probe spectroscopy. In the Ti3C2Tx-MoS2 heterostructure, we observe a secondary excitation in MoS2 driven by the surface plasmon resonance of Ti3C2Tx. This phenomenon, with a characteristic rise time constant of ∼70 ps, is likely facilitated by acoustic phonon recycling across the interface. Further interfacial thermal transport engineering─achieved by tailoring the sequence and combination of interfaces in trilayer heterostructures─allows extending the characteristic time to ∼175 ps. Furthermore, we identify a sub-150 fs ultrafast charge/energy transfer process from Ti3C2Tx to MoS2. The transfer efficiency is strongly dependent on the excitation photon energy, resulting in amplified photoconductivity in MoS2 by up to ∼180% under 3.10 eV excitation. These insights are crucial for developing plasmonic MXene-based heterostructures, paving the way for advancements in photochemical and optoelectronic applications
AlCl₄⁻-Deficient Eutectic Electrolytes Enable Reversible Iodine Redox-Amphoteric Conversion for Aluminum Battery Cathodes
No full textAluminum (Al) batteries are promising for sustainable and large-scale energy storage due to the inherent safety, low cost, and attractive metrics of the Al anode. However, the development of high-voltage and high-capacity cathodes remains a key challenge. Herein, we achieve the reversible iodine redox-amphoteric conversion (i.e., I−/I0/I+) in Al batteries, wherein AlCl4−-deficient eutectic electrolytes are identified critical for stabilizing the conversion process. In contrast to ionic liquid electrolytes prone to parasitic Cl2 evolution, eutectic systems facilitate the I−/I0/I+ conversion process with high reversibility and significantly suppressed Cl2 generation. Spectroscopic and theoretical investigations reveal AlCl4− as the dominant species limiting anodic stability of the electrolyte, and its reduced presence in eutectic electrolytes directly enhances iodine conversion reversibility. The optimized electrolyte allows the I2 electrode to deliver a specific capacity of 358 mAh g−1 and an energy density of 490 Wh kg−1 (based on I2 mass), along with excellent cycling stability (83.8% retention over 1000 cycles). High-loading I2 electrodes (8.52 mg cm−2) achieve a high areal capacity of 2.25 mAh cm−2 and demonstrate practical feasibility in a single-layer pouch cell. This work establishes a new design framework for high-energy-density Al batteries and opens avenues for advancing conversion chemistries in multivalent systems
Zeitkosten in Staus - Wer trägt die Last?: Eine Betrachtung interner und externer Kostenaspekte
No full textIn dieser Bachelorarbeit wird die Verteilung der Zeitkosten in Staus analysiert. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, welche Zeitkosten vom Verursachenden getragen und welche Zeitkosten auf die anderen Verkehrsteilnehmer übergehen.
Zur Beantwortung dieser Fragestellung erfolgt zunächst eine makroskopische Betrachtung. Hierbei wird eine vereinfachte Verkehrssituation in einer Simulation betrachtet, um grundlegende Zusammenhänge zwischen Verkehrsdichte und Fahrgeschwindigkeit zu analysieren. Im Rahmen dieser Untersuchung wird insbesondere beleuchtet, wie jedes zusätzliche Fahrzeug zur Entstehung oder Verschärfung eines Staus beiträgt. Auch wird die Auswirkung auf die Geschwindigkeit und somit auf die Zeitverluste aller Verkehrsteilnehmer betrachtet.
Anschließend wird eine mikroskopische Analyse durchgeführt. Anhand einer konkreten Situation, einer abrupten Bremsung, werden die Auswirkungen auf nachfolgende Fahrzeuge untersucht. Die Ergebnisse der Analyse zeigen die Ausbreitung von Verzögerungen im Verkehr durch ein einzelnes Ereignis. Es wird zeigen die vergleichsweise hohen externen Kosten zu den geringen vom Verursacher getragenen internen Kosten
Die onkogene Rolle von Alpha-Fetoprotein im murinen hepatozellulären Karzinom
No full textSeit seiner Entdeckung ist AFP Gegenstand intensiver Forschung. Bisherige Studien untersuchten den Einfluss von AFP auf Apoptose und Proliferation, wobei die Datenlage sich als heterogen präsentiert und proliferationsfördernde und -hemmende und sowohl pro- als auch anti-apoptotische Effekte beschrieben wurden. Zudem wurden metastatische und immun-inhibitorischen Effekte von AFP demonstriert. Gleichzeitig deutet die Literatur darauf hin, dass AFP transkriptionelle Regulationen beeinflussen könnte, wobei der zugrunde liegende Mechanismus bislang unklar bleibt.
In dieser Studie konnten wir nachweisen, dass AFP einen ausgeprägten anti-apoptotischen Effekt auf Hepatomzellen besitzt. Zusätzlich ist es in der Lage die Proliferation von Hepatomzellen zu fördern. Eine Wirkung von extrazellulärem AFP konnte hingegen nicht nachgewiesen werden, was im Kontrast zu bisherigen Studien steht und weiterführende Untersuchungen erforderlich macht. Zusätzlich zeigte sich nach AFP-Überexpression ein milder proliferationsfördernder Effekt auch auf untransduzierte Zellen. Dieser Effekt kann durch die hier gewonnenen Daten nicht abschließend erklärt werden, könnte jedoch auf eine proliferationsfördernde Wirkung über Zell-Zell-Kontakte hinweisen, was die Notwendigkeit aufbauender Studien unterstreicht.
Die RNA-Sequenzierungen zu transkriptionellen Regulationen durch AFP in vivo und in vitro deuten auf einen Einfluss auf den Zellzyklus hin. Die involvierten Signalwege unterschieden sich jedoch in den untersuchten in vivo- und in vitro-Modellen. Andererseits wurden für einige der identifizierten upstream-Zielmoleküle auch Effekte auf Ebene der Translation beschrieben. Eine weitere wichtige Erkenntnis dieser Studie ist der erstmalige Nachweis einer nukleären Lokalisation von AFP. Während frühere Studien zwar Interaktionen zwischen AFP und Transkriptionsregulatoren nahelegten, scheiterte der Nachweis einer Verbindung zwischen zytoplasmatischem AFP und intranukleären Effektoren bisher. Unsere Ergebnisse liefern einen neuen Erklärungsansatz für diese komplexen Wechselwirkungen und erweitern das Verständnis über die Rolle von AFP als potenziellen Regulator intranukleärer Signalwege. Die Erkenntnisse unserer Studie eröffnen wegweisende Möglichkeiten, die AFP-vermittelten Mechanismen genauer zu entschlüsseln, auch unabhängig von einer transkriptionellen Regulation. Dies birgt enormes Potenzial für die Entwicklung innovativer, tumorspezifischer Therapeutika zur Behandlung des HCC, einer Erkrankung, die derzeit mit limitierten Therapiemöglichkeiten und einer schlechten Prognose verbunden ist.:1 Einleitung 1
1.1 Die metabolische Dysfunktion-assoziierte steatotische Lebererkankung (MASLD) 1
1.2 Das hepatozelluläre Karzinom 2
1.3 Pathomechanismus der HCC-Entwicklung im Kontext einer MASLD/MASH 2
1.4 Der Calcineurin-Signalweg 5
1.5 Calcineurin und NFAT im HCC 7
1.6 Alpha-Fetoprotein 10
1.6.1 Struktur und Funktion von AFP 10
1.6.2 AFP im HCC 13
2 Fragestellung 16
3 Material und Methoden 17
3.1 Zelllinien 17
3.2 Adenoviren und Plasmide 17
3.3 Zellkultur 18
3.4 Virus-Transduktionen 18
3.5 RNA-Isolierung 19
3.6 cDNA-Synthese 19
3.7 qPCR 19
3.8 Aufreinigung des Überstandes Virus-transduzierter Zellen 22
3.9 ELISA 23
3.10 Zellzyklus- und Proliferationsanalyse 23
3.11 Analyse der Apoptose 23
3.12 Plasmid-Amplifikation 24
3.13 Plasmid-Transfektionen 25
III
3.14 Immunfluoreszenz 25
3.15 Gewinnung von murinen Proben zur RNA-Sequenzierung 26
3.16 RNA-Sequenzierung 26
3.17 Statistische Analysen 27
4 Ergebnisse 28
4.1 Einfluss von AFP auf Proliferation, Zellzyklus und Apoptose 28
4.1.1 Die adenovirale AFP-Überexpression führt zu einem Anstieg der hepatozellulären Proliferation 28
4.1.2 Die adenovirale AFP-Überexpression ist verbunden mit einer Inhibition der Apoptose 31
4.1.3 AFP-vermittelte Effekte werden über intrazelluläre Mechanismen ausgelöst 33
4.1.4 AFP kolokalisiert mit dem endoplasmatischen Retikulum, dem Golgi-Apparat und dem Zellkern 38
4.2 Transkriptionelle Regulation durch AFP 43
4.2.1 Transkriptionelle Regulation in vitro 43
4.2.2 Transkriptionelle Regulation in vivo 47
4.3 Explorative Analyse transkriptioneller Regulation durch AFP 49
4.3.1 Explorative Analyse transkriptioneller Regulation in vitro 50
4.3.2 Explorative Analyse transkriptioneller Regulation in vivo 53
4.3.3 Kombinierte Analyse der in vitro und in vivo regulierten Gene 58
5 Diskussion 61
5.1 AFP inhibiert die Apoptose 61
5.2 AFP wirkt zell-intrinsisch 63
5.3 AFP wird im endoplasmatischen Retikulum und im Golgi-Apparat prozessiert und befindet sich zusätzlich im Zellkern 66
5.4 AFP beeinflusst den Zellzyklus 67
5.5 Explorative Analysen decken weitere regulierte Effektoren des Zellzyklus auf 69
5.6 Explorative Analysen legen eine Interaktion von AFP mit Regulatoren der Transkription nahe 72
IV
6 Ausblick 76
7 Zusammenfassung 77
8 Summary 78
9 Abkürzungsverzeichnis 79
10 Literaturverzeichnis 83
11 Anhang 12
Erkennung struktureller Veränderungen an realen Brücken unter Nutzung von Methoden des Maschinellen Lernens
No full textDie zunehmende Anzahl alternder Brückenbauwerke und die damit verbundene Notwendigkeit, ihre Sicherheit und Nutzungsdauer zu gewährleisten, erfordern eine automatisierte Überwachung. Strukturelle Anomalien sollen frühzeitig erkannt werden, um rechtzeitig Maßnahmen einleiten zu können und kritische Schäden zu verhindern. Obwohl es in der Forschung zahlreiche Methoden zur Anomalieerkennung gibt, bleibt deren Übertrag in die Praxis begrenzt. Häufig werden diese Ansätze auf Labor- oder simulierten Daten getestet, deren Übertragbarkeit auf reale Bedingungen ungewiss ist.
In dieser Arbeit wird eine regressionsbasierte Methode auf reale Messdaten angewendet und ihre Praxistauglichkeit untersucht. Die Methode wurde gezielt gewählt, da sie Langzeitmonitoringdaten nutzt, die häufig an Bauwerken, wo ein Monitoring durchgeführt wird, erfasst werden und somit ohne zusätzlichen Messaufwand verfügbar sind. Die vorliegende Arbeit basiert auf Daten realer Bauwerke, bei denen dokumentierte strukturelle Änderungen erfasst wurden. Die Methode basiert auf der Vorhersage von Tragwerksreaktionen aus Temperaturmessungen mittels Machine-Learning-Modellen. Abweichungen zwischen den vorhergesagten und gemessenen Daten werden als Anomalien interpretiert, deren ingenieurtechnische Bewertung weiterhin auf physikalischen Zusammenhängen und Fachwissen beruhen muss. Dabei wird die Peak-Over-Threshold-Methode für die robuste Schwellenwertbestimmung verwendet, um zuverlässige Aussagen über das Vorliegen struktureller Änderungen zu treffen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Methode auch unter praxisnahen Bedingungen zuverlässig funktioniert und robuste Vorhersagen liefert. Durch systematische Untersuchungen zu den erforderlichen Trainingsparametern konnte eine effektive und frühzeitige Anwendung der Methode ermöglicht werden. Zusätzlich wurden praxisorientierte Empfehlungen erarbeitet, die die Robustheit und Übertragbarkeit der Methode weiter stärken. Besonders hervorzuheben ist, dass die Methode in der Lage ist, strukturelle Anomalien, die sich in den gemessenen temperaturbedingten Tragwerksreaktionen widerspiegeln, frühzeitig zu erkennen und dabei flexibel auf unterschiedliche Bauarten und Problemstellungen anwendbar ist. Sie eignet sich sowohl für Massivbauwerke als auch für Verbundbauwerke und kann lineare Zusammenhänge ebenso modellieren wie nichtlineare Beziehungen, beispielsweise das temperaturbedingte Lagerverhalten. Dabei kommt die Methode mit Ausnahme der ingenieurtechnischen Interpretation ohne komplexe physikalische Modelle aus, was ihre Anwendbarkeit in der Praxis erheblich erleichtert.
Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass der Multi-Layer-Perceptron-Regressor das leistungsstärkste Modell für die Vorhersage von Tragwerksreaktionen ist. Er ist leicht und schnell zu trainieren und ermöglicht eine präzise Abbildung sowohl linearer als auch nichtlinearer Zusammenhänge bei hoher Effizienz und Robustheit gegenüber Overfitting.
Ein wesentlicher Erkenntnisgewinn liegt weiterhin in der Unterscheidung zwischen Messfehlererkennung und struktureller Anomaliedetektion. Während zur Messfehlererkennung korrelierte Tragwerksreaktionen als Eingangsdaten genutzt werden, um Sensorausfälle oder Kalibrierprobleme zu identifizieren, werden zur Erkennung struktureller Änderungen ausschließlich externe Einwirkungen wie Temperatur verwendet. Dies verhindert, dass Strukturänderungen durch Korrelationen in den Eingangsdaten überdeckt werden.
Außerdem erfordert die Anwendung der Methode eine ingenieurtechnische Expertise in mehreren zentralen Bereichen: Zunächst ist eine sorgfältige Datenwahl erforderlich, um geeignete Eingangsgrößen für die Modellierung der Tragwerksreaktionen auszuwählen und sicherzustellen, dass relevante Einflussfaktoren angemessen berücksichtigt werden. Auch beim Feature-Engineering, das die Identifikation und Aufbereitung relevanter Merkmale umfasst, insbesondere zur Abbildung transienter Prozesse, die das Tragverhalten beeinflussen ist ingenieurtechnische Expertise erforderlich. Ebenso spielt sie bei der Ergebnisinterpretation eine wesentliche Rolle, da erkannte Anomalien hinsichtlich ihrer Ursachen differenziert bewertet werden müssen. Insbesondere im Hinblick darauf, ob es sich um Messfehler oder tatsächliche strukturelle Veränderungen handelt. Die Methode ist demnach nicht darauf ausgelegt, ohne kritische Überprüfung angewendet zu werden, sondern sollte stets im Kontext ingenieurtechnischer Annahmen und Domänenwissen genutzt werden.
Weiterhin kann die Methode unter günstigen Bedingungen bereits nach vier Monaten Messzeitraum angewendet werden. Dennoch zeigt sich, dass ein längerer Zeitraum von sechs bis neun Monaten und idealerweise ein Jahr zu robusteren Ergebnissen führt, da so eine höhere Variabilität in den Trainingsdaten abgedeckt wird.
Außerdem wurde beobachtet, dass Strukturänderungen innerhalb des Trainingszeitraums einen nahezu linearen Einfluss auf die Modellperformance haben. Das bedeutet, dass Modelle, die überwiegend mit Daten aus der Zeit vor einer Strukturänderung trainiert wurden, das ursprüngliche Tragverhalten stärker widerspiegeln, während Modelle mit Daten nach der Änderung das neue Tragverhalten besser erfassen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer gezielten Auswahl des Trainingszeitraums bei der Anwendung datengetriebener Methoden im Bauwerksmonitoring.
Insgesamt liefert die Arbeit einen Beitrag zur Entwicklung einer praxistauglichen und robusten Methode
Answer Set Navigation alongside Quantitative Reasoning
No full textThis work deals with a popular logic programming paradigm called answer set programming, ASP for short, which is a rule-based formalism for modeling and solving optimization, decision or search problems. In ASP we write symbolic rules to declare what is to be solved, and then delegate the how to a solver, which implements the logical formalism required to deduce and consequently present solutions to us. The solving is done without any action on our part, we simply encode the given problem as a logic program whose so-called answer sets represent solutions to the problem. Due to its rich yet simple modeling language with great tooling support, ASP has found widespread applications across several areas of symbolic artificial intelligence, in particular in the field of knowledge representation and reasoning.
Certainly, in practical applications the answer sets of a program ought to convey meaning and valuable information to ASP users. Accordingly, several different perspectives to reason with answer sets have been studied in the past. However, there is one rather basic yet very common issue that has not been tackled as much, namely, being confronted with way too many answer sets to handle. Indeed, this work is not motivated by lack of advanced technology, but, if anything, by the astonishing capabilities of solvers and the nature of search problems themselves, which due to the involved combinatorics typically admit a tremendous amount of answer sets. In fact, state-of-the-art ASP solvers can enumerate millions of answer sets within seconds, which begs the question: how do we make sense of a prompt full of answer sets?
Staying on top of things is per se difficult if we have to relate an overwhelming amount of answer sets to each other. Parsing sequences of emerging answer sets on the fly is mostly close to impossible. Scrolling millions of answer sets up and down, once the solver has finished enumerating answer sets, is quite tedious and remains challenging. Perhaps, we could opt for canceling enumeration here and there, to get an impression of what is going on. For example, we could inspect answer sets in, say, chunks of 3. However, since enumeration is typically non-deterministic, how do we ensure to not always see the same or rather similar answer sets? Indeed, step-by-step changing the encoding manually is an option, however a rather tedious one. No matter how we slice it, prompts full of answer sets pose a challenge.
In this thesis, we study the concept of answer set navigation to provide a comprehensive overview of several different systematic approaches for overcoming the challenges of dealing with too many answer sets. Alongside conducting experiments to evaluate prototypical implementations, we also present theoretical results relating to formal properties of practical methods or the computational complexity of relevant decision problems. The most ideas revolve around the notion of facets and how to reason with them. A facet is a piece of information that can be found in some, but not every answer set of a program. In more detail, we propose a systematic framework for filtering designated answer sets based on qualitative facet reasoning, and study different kinds of quantitative facet reasoning. Since quantitative facet reasoning involves answer set counting, which is a hard problem, we also suggest a novel counting technique tailored to answer set navigation. As a counterpart idea to filtering answer sets, we also discuss a notion of representative answer sets, and present methods to collect representative answer sets. Finally, we suggest methods to support interactive visualizations of answer sets
Examining a model of anxiety in autistic adults
No full textAnxiety disorders commonly occur in autism. Existing studies implicate intolerance of uncertainty, alexithymia, sensory processing differences and emotion regulation difficulties as influencing factors of anxiety in autism. To date, a few studies have considered the combination of these factors within the same sample. This study used structural equation modelling to test the prediction that intolerance of uncertainty and emotion regulation constitute more direct causes of anxiety in autism that mediate the influences of sensory processing difference and alexithymia as more sequential contributing factors. Autistic (n = 86) and non-autistic adults (n = 100) completed a battery of self-report questionnaires. Only when applied to each group separately, the broad predictions of the model were confirmed for the autistic group following data-driven additions of paths between sensory processing difference and anxiety and alexithymia implying that sensory processing difference contribute indirectly as well as directly to individual differences in anxiety. For the non-autistic group, model fit could only be achieved after removing autism-related traits and sensory processing differences as predictors of anxiety. These results suggest that aetiology and expression of anxiety in autism partially overlap with what is observed in the general population except that sensory processing differences appear to play a relatively unique role in the context of autism.Lay abstract
Anxiety disorders are common in autism. Research studies have identified factors that influence anxiety in autism, such as difficulties with uncertain situations, difficulties understanding own emotions, differences in processing sensory input (related to our senses) and difficulties regulating emotions. To date, a few studies have considered the combination of these factors within the same sample. This study used structural equation modelling to test the contribution of these factors in autism. Autistic (n = 86) and non-autistic adults (n = 100) completed a battery of self-report questionnaires. Only when applied to each group separately, the broad predictions of the model were confirmed for the autistic group. The model confirmed that difficulties with uncertain situations and in regulating emotions play a central role in anxiety in autism. Difficulties understanding own emotions and differences in processing sensory input both contribute to anxiety indirectly through their respective interrelation with the other two factors (difficulties with uncertain situations and in regulating emotions). Importantly, the results imply that sensory processing differences contribute not only indirectly but also directly to individual differences in anxiety. For the non-autistic group, model fit could only be achieved after removing autism-related traits and sensory processing differences as predictors of anxiety. These results suggest that cause/development and expression of anxiety in autism partially overlap with what is observed in the general population except that sensory processing differences appear to play a relatively unique role in the context of autism
Wildunfälle verhindern – was hilft wirklich?: Präventionsmaßnahmen auf dem Prüfstand: Abschlussbericht
No full textÜber einen Zeitraum von vier Jagdjahren wurden in Schleswig-Holstein an 28 ausgewählten Streckenabschnitten zwei technische Maßnahmen zur Vermeidung von Wildunfällen auf ihre Wirksamkeit untersucht. Zum Einsatz kamen der blaue „Halbkreisreflektor“ sowie der „Duftzaun“. Ergänzend zu dem Vorher-Nachher-Vergleich der Wildunfallzahlen wurde das Wildunfallgeschehen an sich analysiert, um mögliche Einflussfaktoren identifizieren zu können. Die Auswahl der Teststrecken erfolgte nach Wildunfallzahl, Wildarten, Landschaftsstruktur und Straßenklasse. Gerade im Hinblick auf Landschaftsstruktur, Verkehrsaufkommen und vorkommende Schalenwildarten deckte sie damit die vermutlich wichtigsten Rahmenbedingungen im Land ab. Während des Untersuchungszeitraumes gingen die Wildunfallzahlen auf den mit Duftzaun ausgestatteten Strecken im Mittel um rund 56 % gegenüber den Vorjahren zurück. Auf den Teststrecken mit blauen Halbkreisreflektoren reduzierte sich die Zahl der Wildunfälle im Mittel um 63 %. Es gab weder Hinweise auf eine Gewöhnung des Wildes an die Reflektoren oder den Duftzaun, noch auf eine Verlagerung der Wildunfallereignisse aus den mit Präventionsmaßnahmen ausgestatteten Abschnitten heraus. Unterschiede in der Wirksamkeit beider Maßnahmen zeigten sich beim Damhirsch, hier wirkt der Duftzaun offenbar besser als der blaue Halbkreisreflektor. Beim Reh waren keine Unterschiede zu beobachten. Die Ergebnisse beziehen sich konkret auf die beiden getesteten Maßnahmen unter den jeweiligen Rahmenbedingungen. Sie können daher gerade vor dem Hintergrund der Vielzahl am Markt befindlicher Präventionsmaßnahmen und deren technischer Unterschiede nicht verallgemeinert werden. Die meisten Wildunfälle mit Rehen ereigneten sich in den Monaten April und Mai. Ein zweiter Höhepunkt zur Paarungszeit im Juli und August konnte – entgegen der Erwartung – nicht bestätigt werden. Wildunfälle mit Damhirschen blieben fast ganzjährig auf ähnlichem Niveau, mit einem deutlichen Höhepunkt während der Paarungszeit in den Monaten Oktober und November. Im Tagesverlauf treten der frühe Morgen sowie der späte Nachmittag bis in die frühen Abendstunden mit einer Häufung der Wildunfälle deutlich hervor. In den kurzen Dämmerungszeiten kommt es relativ zu mehr Wildunfällen als in den längeren Tages- und Nachtphasen.
Als weitere Einflussfaktoren auf das Wildunfallgeschehen konnten die Landschaftsstruktur, Wilddichte, Verkehrsaufkommen, Fahrgeschwindigkeiten und auch die Helligkeit bei Nacht identifiziert werden. Beim Verkehr zeigte sich ein größerer Einfluss auf die Wildunfallhäufigkeit durch zunehmende Geschwindigkeit als durch höheres Verkehrsaufkommen. Darüber hinaus wirkt sich ein zunehmendes Verkehrsaufkommen negativ auf die Wirkung der Vermeidungsmaßnahmen aus.
Deutlich wurde, dass das Wildunfallgeschehen von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst wird, die für sich das Wildunfallrisiko beeinflussen. Eindeutige Zusammenhänge zwischen diesen Faktoren konnten nur in Einzelfällen festgestellt werden.Trotz deutlicher Unterschiede auf den Versuchsstrecken konnte insgesamt eine durchweg positive Wirkung des Duftzauns und des blauen Halbkreisreflektors auf das Wildunfallgeschehen festgestellt werden. Beide Maßnahmen können somit wichtige Bausteine in der Wildunfallvermeidung sein.:ABBILDUNGSVERZEICHNIS VI
TABELLENVERZEICHNIS IX
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS X
GLOSSAR XI
1. ZUSAMMENFASSUNG 1
2. EINFÜHRUNG 2
3. METHODEN 4
3.1. Fragestellung und Untersuchungsansatz 4
3.2. Vermeidungsmaßnahmen 6
3.2.1. Duftzaun 7
Exkurs Sehvermögen von Schalenwild und Mensch 9
3.2.2. Halbkreisreflektor 10
3.3. Teststrecken 12
3.4. Aufnahme der Wildunfälle 13
3.5. Verkehrsmessungen 13
4. ERGEBNISSE 14
4.1. Entwicklung auf den Teststrecken 15
4.1.1. Teststrecken mit Duftzaun 16
4.1.2. Teststrecken mit blauem Halbkreisreflektor 17
4.2. Reaktion auf Vermeidungsmaßnahmen 18
4.3. Jahresverlauf 20
4.3.1. Meteorologische Jahreszeiten 22
4.3.2. Zeitumstellung 23
4.4. Tagesverlauf 24
4.4.1. Allgemeiner Tagesverlauf 24
4.4.2. Dämmerung, Sonnenaufgang, Sonnenuntergang 25
Exkurs Dämmerung 25
4.5. Wochenverlauf 30
4.6. Mond 31
4.7. Landschaftsstrukturen 32
4.8. Wilddichte 34
4.9. Verkehr 35
4.9.1. Verkehrsaufkommen und Geschwindigkeit 35
4.9.2. Einfluss des Verkehrs auf Wildunfallgeschehen und Präventionsmaßnahmen 38
4.10. Multiple Korrespondenzanalyse (MCA) 41
4.11. Fahrerwahrnehmung 43
5. STAND DER FORSCHUNG 46
5.1. Wirksamkeit von Vermeidungsmaßnahmen 46
5.1.1. Duftstoffe 47
5.1.2. Wildwarnreflektoren 50
5.1.3. Andere Maßnahmen als Duftzaun und Reflektor 54
5.2. Beeinflussende Faktoren 58
5.2.1. Zeitliche Aspekte 59
5.2.2. Verkehr 62
5.2.3. Bestandsgröße 64
5.2.4. Jagd 65
5.2.5. Landschaft 65
5.2.6. Andere 66
6. ANHANG 67
Teil A: Abbildungen 68
Teil B: Tabellen 88
Teil C: Beschreibung der Teststrecken 95
LITERATURVERZEICHNIS 12