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Caracterización tectosedimentaria 3D y evaluación del potencial de hidrocarburos de la transición entre las cuencas intracratónicas Chacoparanenses, el rift de Salta y las secuencias neógenas del antepaís Andino (Noroeste Argentino)
No full textAlthough being an integral part of the Cenozoic Andean orogen, the Chacopampean plain of northern Argentina is an extensive, low-relief fluvial lowland in the Andean foreland, a vast region which is apparently devoid of current tectonic activity. Yet, this region hides a complex and little-known geological history beneath its recent sediments that reflects multiple deformation, erosion, and depositional episodes in the geological past. This thesis aims to reconstruct this history, in particular the evolution of the buried high-relief Alto del Quirquincho and associated domed areas of the Earth's crust, whose existence, geological evolution, and impact on sedimentary systems are debated.
The Alto del Quirchincho separates two major sedimentary basin systems in the subsurface: the ancient Chacoparanaense Basin, of Paleozoic and Mesozoic origin, and the Salta Rift, a late Mesozoic extensional basin. Both are now covered by the sediments of the Andean foreland basin, a generally wedge-shaped sedimentary basin formed by the uplift of the Andes, accompanying thrusting, sedimentary loading, and subsidence.
Foreland basins, formed beyond the flanks of high mountain ranges, are natural archives whose sediments reflect the interaction between deep-seated tectonic (orogenic) and climate-driven surface processes. Understanding these relationships helps to reconstruct the evolution of mountain belts, coeval exogenic processes, and the formation of sedimentary basins in the geological past. To investigate the subsurface characteristics of the sediment-covered Chacoparanaense plain, I analysed data from deep boreholes and seismic reflection lines acquired during oil exploration efforts in the 20th century. Different seismic lines crossing an area of interest provide an 'X-ray' of the subsurface to a depth of about 10 km that is created by the reflection of artificially generated seismic waves at stratal boundaries and fault zones. Combined with the information on the physical characteristics of rocks retrieved from boreholes, the imaged horizons can be correlated with rock units and thus provide a direct look at rock units at depth. The imaged strata can therefore be used to develop scenarios of past deposition and deformation events, as well as the formation of oil and gas resources.
By combining information from the seismic lines with borehole data, I constructed a 3D structural model of the subsurface. This reconstruction allowed the identification and characterisation of two structural highs: the Quirquincho and the Pampeano-Chaqueño Highs, the latter of smaller size and located within the Chacoparanaense Basin. The analysis of the shape of the strata showed that these high-relief areas of the geological past were uplifted and eroded during the late Palaeozoic and early Mesozoic; subsequently, these vestiges of former processes have been progressively buried by sediments since the Cretaceous.
Importantly, both structural highs influenced the shape and distribution of the basins, acting as separators and modulators of sediment deposition at a regional scale. The most likely hypothesis for their origin is that they were formed by flexural deformation of the crust during the Paleozoic Gondwanan orogeny, an episode of mountain building similar to the processes that have been forming the Cenozoic Andes and their depositional systems until today.
In contrast to the flexural deformation during the Paleozoic, the present-day tectonic realm of the Andean orogen at these latitudes is characterized by disparate, active faults and range uplifts in the southern and southwestern sectors of the basin (Santa Bárbara System), whereas the regions to the north and east are gently inclined depositional plains. Most of the active structures in the Santa Bárbara System are compressionaly reactivated extensional faults of the buried Cretaceous Salta Rift.
The robust assessment of the tectonic and sedimentary evolution of this region enabled me to focus on evaluating the hydrocarbon potential of the Chacoparanaense Basin, which historically has not revealed economically viable reservoirs. However, technological advances and results from basin modelling carried out in this study now allow to consider unconventional hydrocarbon resources. Modelling of the thermal evolution of the basin, validated with well data, suggests that Silurian rocks may have generated unconventional reservoirs of oil and gas.
In conclusion, this thesis presents an unprecedented and detailed reconstruction of the subsurface geological evolution of the Chacoparanaense Basin, with both scientific and economic implications. The integrative analysis of seismic reflection lines and well data has allowed me to decipher the complex history of the different stages in sedimentary basin evolution and to assess the hydrocarbon potential of a region that is still little explored.Obwohl die Chaco-Pampa-Ebene im Norden Argentiniens ein integraler Bestandteil des känozoischen Anden-Orogens ist, handelt es sich um ein ausgedehntes, tiefliegendes fluviales Sedimentationsgebiet im Vorland, das außer der Santa-Bárbara-Region im Süden und Südwesten offenbar keine rezente tektonische Aktivität aufweist. Dennoch verbirgt diese Region unter ihren jüngsten Sedimenten eine komplexe und wenig bekannte geologische Geschichte von Deformation, Erosion und Ablagerung. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Geschichte zu rekonstruieren, insbesondere die Entwicklung des von Sedimenten bedeckten Reliefs eines ehemaligen Hochgebiets. Hierbei handelt es sich um den Alto del Quirquincho und der damit verbundenen deformierten Bereiche der Erdkruste im Untergrund, deren Existenz, geologische Entwicklung und Auswirkungen auf spätere Sedimentationssysteme nicht genau bekannt sind.
Der Alto del Quirchincho trennt zwei große sedimentäre Beckensysteme im Untergrund: das alte Chacoparanaense-Becken, das paläozoischen und mesozoischen Ursprungs ist, und das Salta-Rift, ein spät-mesozoisches Extensionsbecken. Beide Paläobecken sind heute von den känozoischen Sedimenten des Andenvorlands bedeckt, einem im Allgemeinen keilförmigen Sedimentbecken, das durch die Hebung der Anden und der damit einhergehenden Überschiebungstätigkeit, Absenkung und Sedimentation entstanden ist.
Orogene Vorlandbecken, die sich an den Rändern großer Gebirgszüge bilden, sind natürliche Archive der Wechselwirkung zwischen tiefen tektonischen (orogenen) und klimatisch gesteuerten Oberflächenprozessen. Ein besseres Verständnis dieser Prozesse hilft dabei, die Entwicklung von Gebirgsgürteln und Sedimentbecken in der geologischen Vergangenheit sowie die mögliche Verbreitung von Lagerstätten zu rekonstruieren. Zur Untersuchung des Charakters des tiefen Untergrundes des sedimentbedeckten Chacoparanaense-Beckens habe ich Daten aus Tiefbohrungen und seismischen Reflexionslinien ausgewertet, die bei der Ölexploration im 20. Jahrhundert generiert wurden. Verschiedene seismische Linien, die ein Gebiet von Interesse durchqueren, liefern gewissermaßen ein „Röntgenbild“ des Untergrunds bis zu einer Tiefe von etwa 10 km, das durch die Reflexion künstlich erzeugter seismischer Wellen an Schichtgrenzen und Störungszonen entsteht. In Kombination mit den Informationen über die physikalischen Eigenschaften der Gesteine, die aus Bohrungen gewonnen werden, können die abgebildeten Horizonte mit Gesteinseinheiten aus Bohrungen korreliert werden und ermöglichen somit einen direkten Blick auf die Verbreitung von Gesteinen in der Tiefe, die daraufhin zur Entwicklung von Szenarien für Kohlenwasserstoffvorkommen genutzt werden können.
Durch die Kombination von Informationen aus den seismischen Linien mit Bohrlochdaten konnte ich ein 3D-Strukturmodell des Untergrunds erstellen. Diese Rekonstruktion ermöglichte die Identifizierung und Charakterisierung zweier ehemaliger, strukturell bedingter Hochregionen. Hierbei handelt es sich um den Alto del Quirquincho und den Alto del Pampeano-Chaqueño, wobei letzterer von geringerer Größe ist. Die Analyse von Sedimenteinheiten zeigte dabei deutlich, dass diese ehemaligen Hochgebiete während des späten Paläozoikums und frühen Mesozoikums angehoben und erodiert wurden sowie anschließend seit der Kreidezeit allmählich von Sedimenten bedeckt wurden.
Die neuen Analysen zeigen weiterhin, dass beide strukturellen Hochgebiete die Form und Verteilung der Becken beeinflussten, indem sie Bereiche voneinander abtrennten und die Sedimentablagerung auf regionaler Ebene steuerten. Die wahrscheinlichste Hypothese für die Entstehung dieser Hochregionen ist, dass sie durch eine flexurbedingte Verformung der Erdkruste während der paläozoischen Gondwana-Orogenese gebildet wurden, einer tektonischen Episode, die hinsichtlich der Prozesse ähnelt, die bis heute das Anden-Orogen in seiner Gesamtheit beeinflussen.
Die rigorose Bewertung der tektonischen und sedimentären Entwicklung dieser Region ermöglichte es mir, mich in einem nächsten Schritt auf die Bewertung des Kohlenwasserstoffpotenzials des Chacoparanaense-Beckens zu konzentrieren, da hier in der Vergangenheit keine wirtschaftlich nutzbaren Lagerstätten gefunden wurden. Dank des technologischen Fortschritts und meiner Modellierungen können wir jetzt jedoch auch unkonventionelle Kohlenwasserstoff-Ressourcen für diese Region in Betracht ziehen. Die Modellierung der thermischen Entwicklung des Beckens, die anhand von Bohrlochdaten validiert wurde, deuteteindeutig darauf hin, dass die Sedimentgesteine des Silurs unkonventionelles Öl und Gas hervorgebracht haben könnten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit eine innovative und detaillierte Rekonstruktion der geologischen Entwicklung des Chacoparanaense-Beckens darstellt, die sowohl wissenschaftliche als auch wirtschaftliche Bedeutung hat. Die integrative Analyse von seismischen Reflexionslinien und Bohrlochdaten hat es mir dabei ermöglicht, die komplexe Geschichte der verschiedenen Schritte der Entwicklung des Sedimentbeckens zu entschlüsseln und das Kohlenwasserstoffpotenzial einer bisher noch wenig erforschten Region zu bewerten.La llanura Chacopampeana, en apariencia una extensa planicie sin actividad tectónica actual, esconde bajo sus sedimentos recientes una compleja y poco conocida historia geológica. Esta tesis se centra en reconstruir esa historia, en particular la evolución de un relieve oculto del subsuelo: el Alto del Quirquincho, una zona abombada de la corteza terrestre cuya existencia y rol geológico apenas han sido explorados.
Este alto estructural separa dos grandes sistemas de cuencas sedimentarias: la antigua cuenca Chacoparanaense, de origen Paleozoico y Mesozoico, y el Rift de Salta, una cuenca extensional de edad mesozoica tardía. Ambas se encuentran cubiertas hoy por los sedimentos de la cuenca de antepaís andina, una cuenca formada por el levantamiento de los Andes.
Las cuencas de antepaís, formadas en el borde de grandes cordilleras, son archivos naturales de la interacción entre tectónica, orogénesis y clima. Comprenderlas nos ayuda a reconstruir cómo evolucionaron estas fuerzas en el pasado geológico. Para investigar lo que hay bajo esta planicie cubierta de sedimentos cuaternarios, analicé datos de pozos profundos y líneas sísmicas obtenidas durante exploraciones petroleras del siglo XX. Las líneas sísmicas permiten ver una "radiografía" del subsuelo hasta unos 10 km de profundidad, mediante la medición de vibraciones en el terreno. Mientras tanto, los pozos proporcionan muestras directas de las rocas en profundidad.
Combinando la información indirecta de las líneas sísmicas con los datos directos de los pozos, elaboré un modelo estructural en 3D del subsuelo. Esta reconstrucción permitió identificar y caracterizar dos altos estructurales: el Alto del Quirquincho y el Alto Pampeano-Chaqueño, este último de menor tamaño y dentro de la cuenca Chacoparanaense. El análisis de la forma de los estratos reveló que estos relieves estuvieron elevados durante el Paleozoico tardío y el Mesozoico temprano, y que fueron progresivamente enterrados por nuevos sedimentos desde el Cretácico.
Estos altos estructurales influyeron en la forma y distribución de las cuencas, actuando como divisores y moduladores del depósito de sedimentos. La hipótesis más probable sobre su origen es que se formaron por una deformación flexural de la corteza durante la orogenia Gondwánica, una orogenia similar a la que hoy forma los Andes.
A diferencia de la deformación flexural de entonces, la tectónica actual en los Andes, en estas latitudes, presenta fallas activas que escalonan la corteza, como se observa en las Sierras de Santa Bárbara. Esto podría explicarse por un evento de extensión tectónica posterior a la orogenia Gondwánica, que formó el Rift de Salta. Las fallas extensionales generadas en esa etapa habrían sido reutilizadas como fallas compresivas durante la posterior orogenia Andina.
Con la evolución tectónica y sedimentaria bien definida, me enfoqué en evaluar el potencial de hidrocarburos de la cuenca Chacoparanaense, que históricamente no ha producido yacimientos económicamente rentables. Sin embargo, los avances tecnológicos permiten hoy considerar recursos no convencionales. El modelado de la evolución térmica de la cuenca, validado con datos de pozos, indica que las rocas silúricas podrían haber generado gas y petróleo almacenados en reservorios no convencionales.
En resumen, esta tesis presenta una reconstrucción inédita y detallada de la evolución geológica del subsuelo de la llanura Chacoparanaense, con implicancias tanto científicas como económicas. El análisis integrador de datos sísmicos y de pozos permitió entender la historia de las cuencas sedimentarias y resaltar el potencial de hidrocarburos de una región aún poco explorada
Podcasts als Medium im Unterricht einsetzen: Modul 1: Gibt es einen Beruf, der zu mir passt? – Berufe entdecken mithilfe von Podcasts
No full textLehrkräfte stehen in der Beruflichen Orientierung vor der Herausforderung, Schülerinnen und Schüler mit unterschiedlichen Interessen, Lebensentwürfen und Zukunftsvorstellungen individuell zu fördern. Digitale Medien wie Pod- und Educasts bieten dabei eine niedrigschwellige Möglichkeit, um fachliche Inhalte schüler:innenorientiert, flexibel und lebensweltnah aufzubereiten. Durch den gezielten Einsatz des Medienformats können Informationen zu Berufsbildern, Ausbildungswegen und persönlichen Erfahrungsberichten differenziert vermittelt und in individuelle Lernprozesse integriert werden. So lassen sich sowohl die Selbstreflexion als auch die Entscheidungs- und Handlungskompetenz der Lernenden nachhaltig stärken.
Im Unterrichtsmodul „Podcasts als Medium im Unterricht einsetzen. Modul 1 – Gibt es einen Beruf, der zu mir passt? – Berufe entdecken mithilfe von Podcasts“ setzen sich Schüler:innen im Rahmen des beruflichen Orientierungsprozesses mit ihren eigenen Stärken, Eigenschaften und Fähigkeiten auseinander. Mithilfe der Podcast-Reihe „3 Fragen an…“ können sie sich interessengeleitet mit den kurzen Berichten von verschiedenen Auszubildenden in unterschiedlichen Berufsfeldern beschäftigen und die gewonnenen Erkenntnisse für ihren eigenen beruflichen Orientierungsprozess nutzen
Menstruationsbeschwerden bei jungen Frauen: Ein Statistischer Analyse Plan für eine Prä-Post Studie und eine genestete randomisierte kontrollierte Studie zur Evaluation eines hybriden Versorgungsmodells für Menstruationsbeschwerden in der MeMaF Studie
No full textBackground and objective: Severe menstrual pain is highly prevalent among girls and young women and is associated with impairment in quality of life and reduced performance at school, university, or work. It may represent an early symptom of endometriosis, a condition for which diagnosis is frequently delayed. The MeMaF study evaluates a two-stage, digitally supported, multimodal hybrid care model aimed at improving menstrual pain and facilitating low-threshold access to specialized care.
Methods: The MeMaF study is targeting girls and young women aged 16 to 24 years with recurrent severe menstrual pain of at least 6 on the Numerical Rating Scale, ranging from 0 to 10. It consists of two parts: (1) a single-arm pre-post study evaluating stage one of the new care model which consists of providing the period. app (certified class I medical device), and (2) a nested, open-label, parallel-group randomized controlled trial (RCT) to evaluate stage two of the new care model which includes provision of the period. app combined with a multimodal hybrid treatment, compared to the provision of the period. app alone. This statistical analysis plan provides detailed information on the planned analyses, including main analyses, sensitivity, subgroup, and per-protocol analyses, in both the pre-post study and the RCT. Information on the handling of missing data is included as well. The primary outcome in both parts is the number of days with menstrual pain in a 28-day period after six months. In the pre-post study, a second primary outcome is defined as the number of days with menstrual pain per month in the previous three months, as assessed at the 3-month follow-up. Secondary outcomes in both parts include pain intensity, analgesic use, concomitant symptoms, health-related quality of life, self-rated health, and pain-specific self-efficacy. In the pre-post study, causal inference will inform the primary analyses for both primary outcomes. Analyses of the primary outcome in the RCT will be conducted according to the intention-to-treat principle. An ANCOVA model with treatment group and baseline number of days with menstrual pain as independent variables is planned as the primary approach.
Conclusion: This statistical analysis plan provides a detailed description of all planned analyses for both the pre-post study and the RCT within the MeMaF study.
Trial registration pre-post study: DRKS00033626 at the German Clinical Trials Register (DRKS)
Trial registration RCT: DRKS00033614 at the German Clinical Trials Register (DRKS)Hintergrund und Zielsetzung: Starke Menstruationsschmerzen sind bei Mädchen und jungen Frauen weit verbreitet und gehen mit Einschränkungen der Lebensqualität sowie einer verminderten Leistungsfähigkeit in Schule, Studium oder Beruf einher. Sie können ein frühes Symptom der Endometriose sein, einer Erkrankung, die häufig erst deutlich verzögert diagnostiziert wird. Die MeMäF-Studie untersucht ein zweistufiges, digital unterstütztes, multimodales, hybrides Versorgungsmodell, das darauf abzielt, Menstruationsschmerzen zu lindern und einen niedrigschwelligen Zugang zu spezialisierter Versorgung zu ermöglichen.
Methoden: Die MeMäF-Studie richtet sich an Mädchen und junge Frauen im Alter von 16 bis 24 Jahren mit wiederkehrenden starken Menstruationsschmerzen, die mit mindestens 6 auf der numerischen Ratingskala (0–10) bewertet wurden. Sie besteht aus zwei Teilen: (1) einer einarmigen Pre-Post-Studie zur Evaluation der ersten Stufe der neuen Versorgungsform (Bereitstellung der period. App als zertifiziertes Medizinprodukt der Klasse I), sowie (2) einer genesteten, open-label, Parallelgruppen-, randomisierten kontrollierten Studie (RCT) zur Evaluation der zweiten Stufe des neuen Versorgungsform (Bereitstellung der period. App in Kombination mit einer multimodalen hybriden Behandlung im Vergleich zur alleinigen Bereitstellung der period. App). Der vorliegende statistische Analyseplan beschreibt detailliert die geplanten Auswertungen für Pre-Post-Studie und RCT, einschließlich Haupt-, Sensitivitäts-, Subgruppen- und Per-Protokoll-Analysen sowie den Umgang mit fehlenden Daten. Der primäre Endpunkt in beiden Studienteilen ist die Anzahl der Tage mit Menstruationsschmerzen innerhalb eines 28-Tage-Zeitraums nach sechs Monaten. In der Pre-Post-Studie wurde ein zweiter primärer Endpunkt definiert als die durchschnittliche Anzahl der Tage mit Menstruationsschmerzen pro Monat in den vorhergehenden drei Monaten, erhoben beim 3-Monats-Follow-up. Sekundäre Endpunkte in beiden Studienteilen umfassen Schmerzintensität, Schmerzmitteleinnahme, Begleitbeschwerden, gesundheitsbezogene Lebensqualität, selbst eingeschätzte Gesundheit sowie schmerzspezifische Selbstwirksamkeit. In der Pre-Post-Studie werden Methoden der kausalen Inferenz die primären Analysen für beide primären Endpunkte informieren. Die Analyse des primären Endpunkts im RCT erfolgt nach dem Intention-to-Treat-Prinzip. Als primärer Analyseansatz ist ein ANCOVA-Modell mit Behandlungsgruppe und der Anzahl der Tage mit Menstruationsschmerzen zu Baseline als unabhängige Variablen geplant.
Schlussfolgerung: Dieser statistische Analyseplan beinhaltet eine umfassende und transparente Beschreibung aller vorab geplanten Analysen für die Pre-Post-Studie und den RCT innerhalb der MeMäF-Studie.
Studienregistrierung Pre-Post-Studie: DRKS00033626, Deutsches Register Klinischer Studien (DRKS)
Studienregistrierung RCT: DRKS00033614, Deutsches Register Klinischer Studien (DRKS
Spektrum Patholinguistik Band 18. Schwerpunktthema: Gemeinsam! Sprachtherapie in der Gruppe
No full textDas 18. Herbsttreffen Patholinguistik fand am 23.11.2024 als Online-Veranstaltung statt. Der vorliegende Tagungsband dokumentiert die Vorträge zum Schwerpunktthema „Gemeinsam! Sprachtherapie in der Gruppe“. Die Zusammenfassung einer Podiumsdiskussion mit Vertreter:innen von Selbsthilfegruppen sowie Beiträge zu den themenoffenen Posterpräsentationen und Workshops komplettieren den Tagungsband.
Das Herbsttreffen Patholinguistik wird seit 2007 jährlich vom Verband für Patholinguistik e.V. (vpl), seit 2021 vom Deutschen Bundesverband für akademische Sprachtherapie und Logopädie (dbs) in Kooperation mit dem Studiengang Patholinguistik der Universität Potsdam durchgeführt.The 18th Fall Meeting of Patholinguistics was held on 23 November 2024 in an online format. These conference proceedings document the lectures on the main theme “Together! Group-Based Speech Therapy”. A summary of a panel discussion with representatives of self-help groups, along with contributions from the open-topic poster presentations and workshops, complete the volume.
The Autumn Meeting of Patholinguistics has been held annually since 2007 by the Association for Patholinguistics (vpl), and since 2021 by the German National Association for Academic Speech Therapy and Logopedics (dbs), in cooperation with the Patholinguistics program at the University of Potsdam
Queer Jewish Groups in Europe (1972–1990s)
No full textIn the 1970s, queer Jews became excited by the developments of the Gay Liberation Movement in both the US and Europe. Until then, they were not able to express their queerness in Jewish communities and hoped for new inclusive spaces. Yet, they quickly realized that the movement was not as welcoming as anticipated. Thus, they started to organize: in February 1972, the world’s first queer Jewish group became publicly visible in London with its symposium "The Jewish Homosexual in Society." The Jewish Gay Group began tackling the exclusion of non-heteronormative Jews in British Jewish and queer communities. Soon after, two more queer Jewish groups formed: Beit Haverim ("House of Friends") in Paris and Sjalhomo (a neologism of "shalom" and "homosexual") in Amsterdam. Besides their goal of emancipation, these groups brought together their members based on shared experiences as both Jewish and queer, opening up much needed spaces for social encounters. The groups also established a Europe-wide support network that enabled international collaboration for more than a decade. This study archives these groups’ histories and that of their network. By doing so, it broadens prevalent narratives of Europe’s post-World War II Jewry and queers the discipline of Jewish History
Das kognitive Vorsatzelement in Bezug auf die Quasi-Kausalität
No full textDer Vorsatz beim unechten Unterlassungsdelikt stellt eine vielschichtige Problematik dar, die die bekannten materiellen und prozessualen Schwierigkeiten der subjektiven Tatseite mit denen der Quasi-Kausalität verbindet. Der 5. Senat des BGH hat in seiner Entscheidung zum Göttinger Allokationsfall eine Definition des kognitiven Vorsatzelements im Rahmen der Quasi-Kausalität zugrunde gelegt, die wegen ihrer weitreichenden Konsequenzen auf erheblichen Widerspruch gestoßen ist. Überzeugendere Vorschläge waren aber auch in der Literatur bisher nicht zu finden. Die Autorin hat daher eine neue Definition entwickelt, die sich als Mittelweg darstellt
Personalisierte mobile Ganganalyse: Fortschritt in Richtung Rehabilitation im Alltag mithilfe tragbarer Sensoren
No full textThis thesis contributes to methods of evaluating an individual's health status using wearable devices by analyzing their gait patterns, namely, the unique way they walk. Many health conditions or impairments can be detected in gait patterns, and wearable devices such as Inertial Measurement Units (IMUs) have great potential for monitoring these conditions in a mobile setting. Mobile gait analysis, which captures rich walking movement information through the unobtrusive nature of IMUs, is a prominent and intensively researched topic in digital healthcare. However, there remains a lack of standards to effectively select IMU devices and evaluate gait quantification algorithms. More importantly, although a large body of studies have explored IMU-based gait analysis, the majority of existing methods lack personalization and interpretability, hindering their practical applicability for healthcare.
To address the issues mentioned above, this thesis contributes guidelines, methods, and benchmark datasets to develop and evaluate personalized gait analysis tools. The first part of the thesis addresses the need for standards to effectively evaluate IMU devices and the algorithms to quantify gait patterns into spatio-temporal parameters. We proposed a step-by-step guideline for device selection, demonstrated with a series of comparative analyses using seven commercial IMUs. Moreover, we validated gait quantification algorithms using data from healthy and stroke populations and three different reference systems. The open-source algorithms and the publicly available dataset enable algorithm benchmarking in future research.
Building on the methods established in the first part, the second part of the thesis focuses on developing methods to investigate personalized gait responses using IMU-derived features. We created a dataset containing gait pattern changes induced by physical and cognitive stressors common in daily-life settings. We proposed a statistical method to re-analyze population-level trials at an individual level, which revealed highly personalized gait responses. Additionally, we introduced a visualization technique utilizing transparent neural networks to generate physiologically relevant insights from raw IMU data, facilitating further investigation into the cause of the movement changes. These methods and the accompanying publicly available dataset provide personalized and insightful ways to analyze gait data obtained from wearables, which can be applied in clinical settings to improve health outcomes.
Finally, the third part of the thesis combines the insights of the two preceding parts and presents a practical application in personalized stroke rehabilitation. We created a dataset of post-stroke gait patterns at two separate time points, enabling personalized evaluation of longitudinal rehabilitation progress. Personalized changes in gait patterns were visualized through foot movement trajectories and spatio-temporal gait parameters. The utilization of transparent neural network visualizations further revealed personalized gait changes in the time series sensor data. Our qualitative and quantitative analyses were evaluated and validated by domain experts, highlighting the effectiveness and applicability of IMU-based gait analysis in the context of stroke rehabilitation.
To summarize, this thesis demonstrates the value of mobile sensor-based gait analysis in generating personalized health insights for research and clinical settings. It provides practical guidelines, evaluation frameworks, personalized and explainable analysis methods, and application examples in stroke rehabilitation. Together with the publicly available datasets created, the works in this thesis facilitate future method development and evaluation to enable wearable-based pervasive digital healthcare.Im Rahmen dieser Dissertation wurden Methoden entwickelt, die zur Evaluierung des Gesundheitszustands von Individuen mittels tragbarer Geräte ("Wearables") dienen. Diese Methoden beruhen auf der Analyse von Gangmustern, also der Charakterisierung, wie Menschen gehen. Viele gesundheitliche Zustände oder Beeinträchtigungen können in Gangmustern erkannt werden, und tragbare Geräte wie Inertiale Messeinheiten (IMUs) bieten großes Potenzial für die mobile Erfassung dieser Zustände. Die mobile Ganganalyse, die durch den unaufdringlichen Charakter von IMUs umfangreiche Bewegungsinformationen erfasst, ist ein bedeutendes und intensiv erforschtes Thema im Bereich der digitalen Gesundheitsversorgung. Es fehlt jedoch an Standards zur effektiven Auswahl von IMU-Geräten und zur Evaluierung von Algorithmen zur Ganganalyse. Noch wichtiger ist, dass die Mehrheit der existierenden Methoden, trotz umfangreicher Forschung zu IMU-basierter Ganganalyse, Defizite in Personalisierung und Interpretierbarkeit aufweist, was ihre praktische Anwendbarkeit im Gesundheitswesen einschränkt.
Zur Bewältigung der genannten Probleme trägt diese Dissertation Richtlinien, Methoden und Benchmark-Datensätze zur Entwicklung und Evaluierung personalisierter Ganganalyse-Methoden bei. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der Notwendigkeit von Standards zur effektiven Evaluierung von IMU-Geräten sowie den Algorithmen zur Quantifizierung von Gangmustern anhand von räumlich-zeitlichen Parametern. Wir haben eine schrittweise Anleitung zur Geräteauswahl vorgeschlagen und mit einer Reihe von Vergleichsanalysen unter Verwendung von sieben kommerziellen IMUs veranschaulicht. Darüber hinaus haben wir Algorithmen zur Ganganalyse anhand von Daten gesunder Probanden und Schlaganfallpatienten sowie drei verschiedener Referenzsysteme validiert. Die Open-Source-Algorithmen und der öffentlich zugängliche Datensatz ermöglichen das Benchmarking von Algorithmen in zukünftiger Forschung.
Aufbauend auf die im ersten Teil etablierten Ansätze konzentriert sich der zweite Teil der Dissertation auf die Entwicklung von Methoden zur Untersuchung personalisierter Veränderungen in Gangmustern mittels IMU-abgeleiteter Merkmale. Wir haben einen Datensatz erstellt, der auf Veränderungen in Gangmustern fokussiert ist, welche durch physische und kognitive Stressoren in alltäglichen Situationen hervorgerufen werden. Wir haben eine statistische Methode vorgeschlagen, um populationsbezogene Studien auf individueller Ebene neu zu analysieren, wodurch hochgradig personalisierte Veränderungen in Gangmustern offengelegt wurden. Zusätzlich haben wir eine Visualisierungstechnik eingeführt, die transparente neuronale Netze nutzt, um physiologisch relevante Erkenntnisse aus IMU-Rohdaten zu gewinnen und damit die weitere Untersuchung der Bewegungsveränderungen zu erleichtern. Diese Methoden und der begleitende, öffentlich verfügbare Datensatz bieten personalisierte und aufschlussreiche Möglichkeiten zur Analyse von Gangdaten von tragbaren Geräten, die in klinischen Umgebungen zur Verbesserung der Gesundheitsergebnissen eingesetzt werden können.
Der dritte Teil der Dissertation verbindet schließlich die Erkenntnisse der beiden vorangegangenen Teile und präsentiert eine praktische Anwendung in der personalisierten Schlaganfallrehabilitation. Wir haben einen Datensatz von Gangmustern nach einem Schlaganfall zu zwei verschiedenen Zeitpunkten erstellt, der eine personalisierte Evaluierung des longitudinalen Rehabilitationsfortschritts ermöglicht. Personalisierte Veränderungen in Gangmustern wurden durch Fußbewegungstrajektorien und räumlich-zeitliche Gangparameter visualisiert. Die Verwendung von Visualisierungsansätzen für transparente neuronale Netzwerke offenbarte zudem personalisierte Gangveränderungen in den Zeitreihensensordaten. Unsere qualitativen und quantitativen Analysen wurden von Fachexperten evaluiert und validiert, was die Effektivität und Anwendbarkeit der IMU-basierten Ganganalyse im Kontext der Schlaganfallrehabilitation unterstreicht.
Zusammenfassend demonstriert diese Dissertation den Wert der mobilen, sensorbasierten Ganganalyse bei der Generierung personalisierter Gesundheitseinblicke für die Forschung und klinische Anwendungen. Sie liefert praktische Richtlinien, Evaluierungsrahmen, personalisierte und erklärbare Analysemethoden sowie Anwendungsbeispiele in der Schlaganfallrehabilitation. Zusammen mit den erstellten, öffentlich verfügbaren Datensätzen ermöglichen die Arbeiten dieser Dissertation die zukünftige Methodenentwicklung und -evaluierung zur Ermöglichung einer allgegenwärtigen digitalen Gesundheitsversorgung mittels tragbarer Geräte
Model municipality: Digital migration management
No full textDie zunehmende Bedeutung der Digitalisierung in der Migrationsverwaltung hat das Ausländerzentralregister (AZR) als zentrales Datensystem für ausländerrechtliche Verfahren in den Fokus gerückt. Durch das Gesetz zur Weiterentwicklung des Ausländerzentralregisters (AZRWEG) wurde das AZR zu einem der größten automatisierten Register der öffentlichen Verwaltung in Deutschland ausgebaut. Trotz dieser Modernisierung sind in der Praxis der kommunalen Migrationsverwaltung jedoch erhebliche Defizite und Herausforderungen sichtbar geworden. Dazu gehören ineffiziente, teilweise papierbasierte Kommunikationswege, eine heterogene Fachverfahrenslandschaft und fehlende Schnittstellen zwischen den IT-Systemen der beteiligten Behörden. Diese strukturellen Mängel führen zu einer schwankenden Datenqualität und erschweren den reibungslosen behördenübergreifenden Datenaustausch. Anhand zweier Modellkommunen werden die bestehenden Prozesse, Strukturen und Kommunikationsbeziehungen in der Migrationsverwaltung näher untersucht, um die zentralen Hindernisse im digitalen Datenaustausch zu identifizieren und konkrete Handlungsempfehlungen zur Optimierung der Verwaltungsprozesse zu erarbeiten.The increasing importance of digitalization in migration management has brought the Central Register of Foreign Nationals (AZR) into focus as a key data system for immigration procedures. Through the Act on the Further Development of the Central Register of Foreign Nationals (AZRWEG), the AZR has been expanded into one of the largest automated registers in public administration in Germany. Despite this modernization, significant deficiencies and challenges have become apparent in the practice of local migration administration. These include inefficient, partially paper-based communication channels, a heterogeneous landscape of specialized procedures, and a lack of interfaces between the IT systems of the involved authorities. These structural shortcomings result in fluctuating data quality and hinder smooth inter-agency data exchange. Using two model municipalities, the existing processes, structures, and communication relationships in migration management are being closely examined to identify the main obstacles in digital data exchange and to develop concrete recommendations for optimizing administrative processes
From movement energetics to community dynamics
No full textBiodiversity is threatened by global changes in climate and land-use, with land-use intensification leading to a loss and fragmentation of habitats. However, particularly the effects of habitat fragmentation on biodiversity are still discussed. To elucidate the dynamics of biodiversity in differently fragmented landscapes, we need to better understand how, when, and why species coexist. Investigating the mechanisms of coexistence and how these are affected by environmental change will advance ecological theory and potentially allow the design of landscapes which maximize biodiversity. Taking a step towards this, the aim of this thesis was to examine animal coexistence processes in differently fragmented landscapes by developing and using a novel modelling approach that integrates key processes shaping community dynamics like individual movement and energetics.
To address this topic, I first extended an existing individual-based community model to assess the role of habitat patch size and individual movement behavior on community dynamics (Chapter 2). This study revealed a benefit of the combination of small and large habitat patches over exclusively small or large patches, for the coexistence of many species. Further, the investigation highlighted the importance of individual movement ability in this process. Larger species that were able to increase their activity range to reach small patches could use such resources with reduced competition, which allowed them to persist and coexist with smaller species that were otherwise dominant.
However, movement comes at an energetic cost. Therefore, in the second step, I extended the model by implementing individual metabolism (Chapter 3). The resulting model was thoroughly validated using data from the literature and applied to habitat fragmentation scenarios. This analysis supported the benefit of an intermediate level of habitat fragmentation for species coexistence. Further, it found that similarity in energy balance among species, that is energy intake in relation to energy costs, fostered high coexistence at medium habitat fragmentation and thus hinted to the benefit of considering energetics for understanding communities.
The positive effect of medium habitat fragmentation on coexistence remained present when integrating droughts as additional stress (Chapter 4). Landscapes with intermediate habitat fragmentation buffered drought effects best, both when simulating experimental droughts of different lengths and magnitudes, and when integrating observed drought timeseries from monitoring data. Mechanism-wise this was due to high local competition in low fragmented scenarios and low energy reserves at high fragmentation, which balanced out at intermediate habitat fragmentation. Further, medium fragmentation again led to similarity in energy balance and lifetime reproductive success among species.
This linkage between individual energetics and coexistence introduced a new perspective to community ecology and motivated the development of a general framework capturing the interconnections of energetics, movement, and coexistence (Chapter 5). This framework includes a synthesis of ideas on how these concepts are linked and presents a number of examples from the literature that underline these ideas. By establishing an energetic perspective in community ecology and biodiversity research, I provide a new understanding of coexistence patterns and global change effects, which can advance and simplify future research in this direction.
Methodologically, individual-based simulation models are a promising tool for such research. However, models, as the one presented here, can become highly complex and difficult to grasp particularly for non-modellers. By introducing a standardized visualization format for individual- and agent-based models, I contribute to guidance in model documentation for modellers and to model comprehension, comparability and accessibility for a wider audience (Chapter 6). I used the standardized visualization format for all versions of my own model.
Overall, the three main outcomes of this doctoral work are: (1.) the emerging value of individual energetics for community dynamics in general, including the presentation of a framework linking energy budgets, movement ecology, and biodiversity research; (2.) the successful development, documentation, and visualization of a validated energetic community model simulating metabolism, movement, and coexistence of species in fragmented landscapes; which (3.) demonstrated the benefit of intermediate levels of habitat fragmentation under various conditions, which may advance nature conservation.Die Artenvielfalt auf der Erde ist durch globale Veränderungen bedroht, insbesondere durch den Klimawandel und die Landnutzung. Eine Folge der Landnutzung ist häufig die Fragmentierung, also die Zerschneidung von Lebensräumen. Wie sich diese Fragmentierung auf die Artenvielfalt auswirkt, ist bisher nicht vollständig bekannt. Wie, wann, und warum konkurrierende Arten koexistieren, ist eine Kernfrage der Ökologie. Die Untersuchung solcher Koexistenzmechanismen und wie sie durch Umweltveränderungen beeinflusst werden, kann zum Verständnis und zur Gestaltung artenreicher Landschaften beitragen. Ziel dieser Arbeit war es daher, Koexistenzmechanismen von Tieren in unterschiedlich fragmentierten Landschaften zu untersuchen. Dafür wurde ein neuer Modellierungsansatz entwickelt und angewandt, der individuelle Bewegungen und Energiedynamiken in die Simulation von Artengemeinschaften einbezieht.
Zunächst habe ich ein individuenbasiertes Modell einer Artengemeinschaft um Landschafts- und Verhaltensszenarien erweitert. Anschließend habe ich damit die Rolle von Habitatgrößen (Lebensräumen) in Verbindung mit dem individuellen Bewegungsverhalten von Tieren untersucht (Kapitel 2). Diese Studie ergab, dass die Kombination von kleinen und großen Habitaten für die Koexistenz vieler Arten vorteilhafter ist, als ausschließlich kleine oder große Flächen. Darüber hinaus zeigte die Studie die Bedeutung des Bewegungsradius von Individuen auf. Insbesondere größere Arten waren in der Lage, ihren Bewegungsradius soweit auszudehnen, dass sie auch kleine und entlegene Habitate erreichen konnten. Dadurch konnten sie die dortigen Ressourcen mit geringerer Konkurrenz nutzen, was es ihnen ermöglichte mit kleineren Arten zu koexistieren, die sonst dominierten.
Bewegung erfordert jedoch Energie. Daher habe ich das Modell im zweiten Schritt um die Dynamik des Energiestoffwechsels von Individuen erweitert (Kapitel 3). Das resultierende Modell wurde anhand von Daten aus der Literatur validiert und erneut auf Szenarien der Habitatfragmentierung angewendet. Diese Analyse hat bestätigt, dass ein mittleres Maß an Fragmentierung für die Koexistenz von Arten von Vorteil ist. Darüber hinaus konnte ich feststellen, dass eine Angleichung der Energiebilanz (Verhältnis von Energieaufnahme zu Energiekosten) zwischen den Arten zur Koexistenz beiträgt. Hier hat sich also gezeigt, dass die Energiedynamik von Individuen beim Erklären von Koexistenz eine Rolle spielen kann.
Der positive Effekt einer mittleren Habitatfragmentierung auf die Koexistenz blieb auch erhalten, wenn Dürre als zusätzlicher Stressfaktor mit berücksichtigt wurde (Kapitel 4). Landschaften mit mittlerer Fragmentierung pufferten die Auswirkungen von Dürren am besten ab, sowohl bei der Simulation von experimentellen Dürren unterschiedlicher Dauer und Intensität als auch bei der Simulation von tatsächlich beobachteten Dürrezeitreihen aus Monitoringdaten. Dies war auf eine hohe lokale Konkurrenz bei geringer Fragmentierung und geringe individuelle Energiereserven bei hoher Fragmentierung zurückzuführen. Bei mittlerer Fragmentierung haben sich diese Effekte dagegen ausgeglichen. Darüber hinaus führte die mittlere Fragmentierung, wie bereits in Kapitel 2, zu einer Angleichung der Energiebilanz der Arten.
Dieser Zusammenhang zwischen individueller Energiedynamik und Koexistenz eröffnet eine neue Perspektive in der Erforschung der Artenvielfalt. Dies hat mich motiviert, ein Schema zu entwickeln, das die Beziehungen zwischen Energiedynamik, Bewegung, und Koexistenz im Allgemeinen erfasst (Kapitel 5). Dieses Schema enthält eine Synthese von Ideen, wie diese Konzepte miteinander verbunden sind. Diese Ideen werden durch eine Reihe von Beispielen aus der Literatur untermauert. Durch die Etablierung einer energetischen Perspektive in der Erforschung ökologischer Gemeinschaften und der Biodiversitätsforschung möchte ich unser Verständnis von Koexistenzmustern und den Auswirkungen von globalen Veränderungen verbessern.
Aus methodischer Sicht sind individuenbasierte Simulationsmodelle ein vielversprechendes Instrument für diese Forschung. Allerdings können Modelle wie das hier vorgestellte, schnell komplex und schwer verständlich werden. Mittels der Einführung eines standardisierten Visualisierungsformats für individuenbasierte Modelle möchte ich dazu beitragen, die Verständlichkeit, Vergleichbarkeit und Zugänglichkeit von Modellen für ein breiteres Publikum zu verbessern (Kapitel 6). Dazu gebe ich eine Anleitung zur Erstellung solcher Visualisierungen, welche ich auch für mein eigenes Modells nutze.
Zusammenfassend sind die drei Hauptergebnisse dieser Dissertation: (1.) der sich abzeichnende Wert der Energiedynamik von Individuen für Artengemeinschaften und Koexistenz, einschließlich der Präsentation eines Schemas, welches Energiedynamik, Bewegungsökologie und Biodiversitätsforschung miteinander verbindet; (2.) die erfolgreiche Entwicklung, Dokumentation und Visualisierung eines energiebasierten Modells von Artengemeinschaften in fragmentierten Landschaften; was (3.) den Nutzen von mittlerer Habitatfragmentierung unter verschiedenen Bedingungen gezeigt hat und somit dem Naturschutz zugute kommen kann
Networks of Dissent
No full textThis paper examines how network ties between local social leaders influenced the diffusion of mass protests in an autocracy. We focus on the Protestant Church and the Peaceful Revolution in East Germany. To quantify the role of leader networks in protest diffusion, we compile biographical records of over 1,600 Protestant pastors, including their employment and education histories. Our findings reveal that network connections led to an increase in protest diffusion by up to 4.9 percentage points in a given week. Moreover, we highlight the importance of network centrality, pastors as information bridges, and the interaction with preexisting grievances and repression