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Periplectic and Isomeric Lie superalgebras, KLR algebras and Categorification
Get PDFWe explore the finite dimensional representation theory of the periplectic Lie superalgebra and the isomeric Lie superalgebr, focusing on explicit descriptions of their projective generators' endomorphism rings. Using Schur–Weyl duality and KLR algebras, we establish basis theorems for cyclotomic quotients and introduce diagrammatic algebras resembling Khovanov arc algebras to obtain explicit descriptions of the endomorphism ring of a projective generator. These algebras enable explicit descriptions of translation functors and their effects on special module classes such as projective, (co)standard and irreducible modules. We conclude with categorification results: the periplectic Lie Superalgebra connects to a Fock space of the quantum electrical algebra, while the isomeric Lie superaglebra categorifies a tensor product of type B spin representations
Potential of <em>Aframomum melegueta</em> and <em>Xylopia aethiopica</em> Against <em>Taenia</em> spp. : Plant-Based Remedies as Novel Anthelmintics
No full textBackground/Objectives: Taeniasis, a zoonotic infection, is a common foodborne disease. Niclosamide and praziquantel have proven to be effective in treating it, but the use of the same drugs can lead to resistance, so alternative drugs need to be explored. This study investigated the anthelmintic potential of derived fractions from hydroethanolic ex- tracts (HEs) of Aframomum melegueta (AM) and Xylopia aethiopica (XA), two medicinal plants known for their diverse bioactive properties. Methods: AM-HE fractions (dichloromethane fraction (DCMF), ether fraction (EF), aqueous fraction (AF)) and XA-HE fractions (chloroform fraction (CF), ether fraction (EF), and aqueous fraction (AF)) were used, and in vitro anthelmintic activity was assessed against Taenia spp. by using an adult motility assay for the worm's paralysis time determination. The parasiticidal and parasitostatic activity was also tested on Taenia spp. adult worms. Cell viability was further evaluated using propidium iodide (PI) staining, with albendazole (20 mg/mL) as the reference drug. Results: The three fractions of each plant exhibited significant, dose-dependent anthelmintic activity, with AM-HE and XA-CF showing the greatest effects at 20 mg/mL. AM-EF demonstrated significant activity at 0.4% and 0.8%. Irreversibility tests revealed that most of the treated worms remained paralysis, except those exposed to the AF of both plants. PI staining confirmed the dose-dependent mortality of Taenia cells treated with HE, DCMF, and AF of AM. Conclusions: These results underscore the potential of AM and XA extracts and fractions as alternative treatments for helminth infections. Further, in vivo studies are warranted to confirm their safety and therapeutic efficacy
A Comprehensive Analysis of Differential Cellular Effects of B-domain-deleted and Full-length FVIII Expression in HEK293 Cells
Get PDFGene therapy has emerged as a promising approach for Hemophilia A and B, enabling sustained production of clotting factors and reducing reliance on frequent FVIII infusions. While Hemophilia B therapies targeting Factor IX show durable outcomes, Hemophilia A treatments using B-domain-deleted Factor VIII (BDD-FVIII), a truncated form adapted for adeno-associated virus delivery, often show reduced persistence. This study investigates cellular and molecular mechanisms underlying this disparity by comparing BDD-FVIII with full-length FVIII (FL-FVIII).
Using stably transfected HEK293 cells, we evaluated expression and secretion levels. BDD-FVIII showed improved expression, secretion and lower endoplasmic reticulum (ER) retention, likely due to its smaller size and reduced interaction with chaperones such as Calnexin and LMAN1.
We further conducted immunofluorescence co-localization studies, targeted chemical treatments, and gene knockouts of key trafficking regulators. These experiments revealed that FL-FVIII depends on classical ER-to-Golgi transport, while BDD-FVIII interacts less with early secretory pathway components. These findings demonstrate that FL- and BDD-FVIII engage distinct intracellular trafficking routes and quality control mechanisms.
Deletion of the FVIII B-domain significantly altered cellular behavior beyond secretion. BDD-FVIII-expressing cells showed reduced proliferation alongside activation of stress-related pathways, as confirmed by proliferation assays and RNA-seq analysis. Metabolic profiling showed that FL-FVIII imposes a greater folding and energetic burden due to its complex structure. FL-FVIII cells exhibited high mitochondrial ATP production but low residual ATP, indicating energy exhaustion. In contrast, BDD-FVIII cells maintained higher residual ATP with lower mitochondrial ATP, reflecting better energy efficiency.
Transcriptomic analysis revealed distinct gene expression profiles between FL-FVIII and BDD-FVIII, affecting pathways involved in cell cycle regulation, stress response, and metabolism. Notably, we identified a range of differentially regulated molecules between the two variants, including transcriptional regulators, kinases, enzymes, and chemical drugs. Among these, one compound previously used in gene therapy for Hemophilia A emerged as particularly interesting, as it has been shown to mitigate therapy-induced stress. This raises the possibility that such compounds could contribute to stabilizing BDD-FVIII by promoting a transcriptional and functional shift toward the FL-FVIII profile. These findings highlight the potential for therapeutic modulation using small molecules or kinase inhibitors to target stress-adaptive pathways.
Taken together, our results show that although the FVIII B-domain is not essential for coagulation, it plays a broader role in regulating secretion, metabolic homeostasis, and long-term cell adaptation. This study provides insight into the differential cellular effects of BDD- and FL-FVIII and may support the development of more targeted and personalized gene therapy strategies for Hemophilia A.Gentherapie stellt einen vielversprechenden Therapieansatz für Hämophilie A und B dar, da sie eine anhaltende Produktion von Gerinnungsfaktoren ermöglicht und die Abhängigkeit von häufigen Infusionen von FVIII-Konzentraten verringert. Während Therapien für Hämophilie B, die auf den Faktor IX (FIX) abzielen, langanhaltende und stabile Langzeitergebnisse zeigen, weisen Behandlungen für Hämophilie A, die auf dem B-Domänen-deletierten Faktor VIII (BDD-FVIII) basieren, einer verkürzten Form, die für die Verpackung in Adeno-assoziierte Viren (AAV) optimiert wurde, häufig eine reduzierte Persistenz auf. Ziel dieser Studie ist es, die zellulären und molekularen Mechanismen zu untersuchen, die zu dieser Diskrepanz beitragen, indem BDD-FVIII mit dem Faktor VIII in voller Länge (FL-FVIII) verglichen wird.
Durch die Verwendung stabil transfizierter HEK293-Zellen wurden Expressionsniveaus, intrazellulärer Transport, Sekretionseffizienz und zelluläre Stressreaktionen analysiert. BDD-FVIII zeigte eine verbesserte Sekretion und geringere Retention im endoplasmatischen Retikulum, vermutlich aufgrund einer reduzierten Interaktion mit Chaperonen wie Calnexin und LMAN1.
Des Weiteren haben wir Immunfluoreszenz-Kolokalisationsstudien, gezielte chemische Störungen und Gen-Knockouts von wichtigen Regulatoren für den Transport beim Menschen durchgeführt. Die Studien haben offenbart, dass FL-FVIII auf den traditionellen Transportweg vom ER zum Golgi angewiesen ist, während BDD FVIII weniger mit den frühen Komponenten des sekretorischen Wegs in Wechselwirkung tritt. Die Resultate verdeutlichen, dass FL- und BDD-FVIII verschiedene interne Transportrouten und Qualitätskontrollmechanismen verwenden.
Die Entfernung der FVIII B-Domäne führte zu einer signifikanten Veränderung des zellulären Verhaltens, die über die Sekretion hinausging. Zellen, die BDD-FVIII exprimieren, wiesen eine verminderte Vermehrung und Aktivierung von stressbedingten Signalwegen auf, was mittels RNA-Seq und Proliferationstests nachgewiesen wurde und auf einen gesteigerten intrazellulären Stress hindeutet. Die Analyse des Stoffwechselprofils ergab, dass FL-FVIII aufgrund seiner komplizierten Struktur zu einer erhöhten Falt- und Energiebelastung führt. Die FL-FVIII-Zellen wiesen eine erhöhte Produktion von mitochondrialem ATP auf, jedoch einen geringen Rest-ATP-Spiegel, was auf einen Energiemangel hindeutet. Im Unterschied dazu wiesen BDD-FVIII-Zellen trotz einer niedrigeren mitochondrialen Leistung ein höheres intrazelluläres ATP auf, was auf eine verbesserte Energieeffizienz hindeutet.
Die Analyse des Transkriptoms offenbarte verschiedene Genexpressionsmuster zwischen FL-FVIII und BDD-FVIII, die sich auf Signalwege beziehen, die die Regulation des Zellzyklus, die Stressreaktion und den Stoffwechsel beeinflussen. Auffällig war, dass wir diverse Moleküle mit unterschiedlichen Regulierungsmechanismen in beiden Varianten feststellten, wie zum Beispiel Transkriptionsregulatoren, Kinasen, Enzyme und chemische Substanzen. Eine herausragende Verbindung in diesem Zusammenhang war bereits in der Gentherapie für Hämophilie A verwendet worden, da sie nachweislich die durch die Therapie verursachten Stressreaktionen reduziert. Das könnte dazu führen, dass diese Verbindungen dazu beitragen, die Stabilität von BDD-FVIII zu verbessern, indem sie eine Veränderung in der Transkription und Funktion unterstützen, die zu einem FL-FVIII-Profil führt. Die Resultate zeigen, dass eine gezielte Beeinflussung stressadaptiver Signalwege durch kleine Moleküle oder Kinaseinhibitoren therapeutisch moduliert werden kann.
Insgesamt deuten unsere Resultate darauf hin, dass die FVIII-B-Domäne zwar nicht unverzichtbar für die Blutgerinnung ist, jedoch eine umfassendere Funktion bei der Kontrolle der Sekretion, der metabolischen Balance und der langfristigen Zellanpassung hat. Die Untersuchung bietet einen Überblick über die verschiedenen zellulären Auswirkungen von BDD- und FL-FVIII und könnte dazu beitragen, maßgeschneiderte Gentherapiestrategien für Hämophilie A zu entwickeln
Amtliche Bekanntmachungen, 55. Jahrgang, Nr. 97
No full textOrdnung zur Änderung der Fakultätsordnung der Medizinischen Fakultät der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn vom 26. November 202
Moving Mountains: Education, Career and Migration Aspirations of Youth in the Hill Region of Uttarakhand, India
Get PDFThis thesis analyses how migration shapes the educational and career aspirations of school going young people in rural mountain communities. Focussing on district Almora in the Himalayan state of Uttarakhand, India, it explores how the widespread migration from this region influences the aspirations of senior secondary school students who have not yet migrated. Guided by the central question, "How are education and career aspirations shaped amongst the youth in the context of extensive migration in the rural Himalayan region of Uttarakhand?", the research examines the aspirations of the youth, the socio-economic factors influencing these aspirations, and the role of migration in shaping them. The study employs a mixed-methods approach to capture the diverse dimensions of aspirations among youth. The thesis analyses aspirations with reference to migration as the omnipresent social phenomenon in the lives of young people. It uses the theorisation of migration as a function of aspirations and capabilities to analyse the migration influence on aspirations, integrating theories of aspiration formation and migration processes. Key findings demonstrate that educational and career aspirations are significantly constrained by structural factors such as inadequate development infrastructure and limited educational and career guidance. The study also reveals a gender and caste-based disparity in migration aspirations. The thesis argues that the migration of family members, specifically older siblings, and young people from the community, positively influences the youth, providing financial support, exposure to broader opportunities and encouragement to try new, previously unobserved career pathways, thereby expanding the collective capacity to aspire of the communities. The thesis contributes to the understanding of youth aspirations in mountainous regions, emphasising the intertwined nature of aspirations and migration within the broader context of socio-economic development. The findings underscore the importance of addressing structural barriers and enhancing educational and career guidance to foster a more aspirational outlook among youth in rural, disadvantaged mountain villages. The research concludes with a discussion on development policy and practice, aimed at addressing the challenges of young people in Uttarakhand and enhancing the capacity to aspire
A machine learning-based approach to estimate solar-induced fluorescence from airborne and spaceborne hyperspectral data
Get PDFTechniques to estimate sun-induced fluorescence (SIF) passively from hyperspectral remote sensing data have evolved steadily over the last two decades. SIF provides causally grounded information about the photosynthetic activity of plants and, as such, is considered a valuable quantity for agriculture-related applications and various ecosystem monitoring setups. Accordingly, interest in this quantity has grown as the precision and availability of SIF estimates has improved worldwide. Upcoming missions such as FLEX by the European Space Agency (ESA) are expected to further reinforce this trend by offering, for the first time, spatially well-resolved estimates from space, based on measurements conducted in regular repeat cycles.
The growing amount of data sources that qualify for the derivation of SIF estimates, combined with an anticipated increased reliance of various stakeholders on precise Remote Sensing SIF estimates highlight the need for SIF retrieval methods with high validation accuracy applicable in a wide range of observational conditions. In response to this challenge, this thesis includes four sequential publications that develop a novel machine learning-based approach to estimate SIF in the O2-A absorption band from airborne and spaceborne hyperspectral imagery. The proposed approach leverages recent developments in the field of deep learning for data-driven and physically consistent SIF estimation using data from HyPlant, the airborne demonstrator for FLEX, and DESIS, a spaceborne hyperspectral sensor with reduced spectral resolution.
Publication I establishes the basis for a new self-supervised neural network-based approach targeting SIF retrieval in the O2-A absorption band of hyperspectral data from the airborne HyPlant sensor. To achieve this, a reconstruction-based loss is employed to train a multi-layer perceptron to predict the spectral decomposition of the at-sensor radiance using a physical simulation layer in the network. Despite the approximate nature of this physical model – shown to yield partially inconsistent spectral reconstructions – the method demonstrates competitive performance against in-situ top-of-canopy SIF measurements.
To address the limitations of Publication I, a closer integration of exact radiative transfer models such as MODTRAN6 in the training process targeted. The computational cost of such a model is, however, prohibitive in the training setting of artificial neural networks. Publication II therefore investigates the derivation of machine learning surrogate models that balance training and inference times with the simulation precision required for SIF retrieval in the O2-A band. As a first application, Publication III integrates the results of this study in the general SIF retrieval framework developed in Publication I achieving state-of-the-art validation performance on a HyPlant data set, demonstrating strong agreement with in-situ SIF measurements.
Finally, Publication IV applies this approach to spaceborne hyperspectral data from the DESIS sensor – marking the first successful retrieval of SIF from space at 30 m resolution using a sensor previously considered unsuitable for such estimates. To validate this exceptional result, Publication IV makes use of simultaneous overflights of HyPlant and DESIS to obtain high-quality SIF estimates as reference data.
In summary, the four publications of this thesis make a significant contribution to the research field of SIF retrieval by introducing a novel and extensible framework for estimating SIF from both airborne and spaceborne hyperspectral imagery. Adaptable to upcoming data sources such as FLEX and capable of handling challenging observational conditions, including scenarios with strongly variable topography, this framework may represent a valuable addition to existing methods currently under evaluation for future FLEX data processing.Techniken zur Schätzung sonneninduzierter Fluoreszenz (SIF) aus passiv erfassten hyperspektralen Fernerkundungsdaten haben sich in den letzten zwei Jahrzehnten stetig weiterentwickelt. SIF liefert wertvolle Informationen über die photosynthetische Aktivität von Pflanzen und gilt daher als Schlüsselressource für agrarwissenschaftliche Anwendungen und das Ökosystem-Monitoring. Die zunehmende Genauigkeit und Verfügbarkeit von SIF-Schätzungen hat das wissenschaftliche Interesse an SIF verstärkt. Die bevorstehende FLEX-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) wird dieses voraussichtlich weiter verstärken, da sie erstmals präzise, räumlich hochaufgelöste SIF-Schätzungen aus dem All ermöglicht.
Die zunehmende Zahl an Datenquellen, die für die Schätzung von SIF geeignet sind, sowie die erwartete verstärkte Nutzung präziser Fernerkundungsdaten durch verschiedene Interessengruppen, unterstreichen die Notwendigkeit von SIF Retrieval-Methoden mit hoher Validierungsgenauigkeit, die unter einer Vielzahl von Beobachtungsbedingungen anwendbar sind. Um diese Herausforderungen anzugehen, enthält diese Dissertation vier aufeinander aufbauende Publikationen, die einen neuartigen, auf maschinellem Lernen beruhenden Ansatz zur Schätzung von SIF im O2-A-Absorptionsband in luft- und satellitengestützter hyperspektralen Daten entwickeln und validieren. Der vorgeschlagene Ansatz nutzt aktuelle Entwicklungen im Bereich des Deep Learning für datengetriebene und physikalisch konsistente SIF-Schätzungen von Hyperspektraldaten von HyPlant – dem airborne demonstator von FLEX – sowie DESIS, einem satellitenbasierten Sensor mit geringerer spektraler Auflösung.
Publikation I präsentiert einen neuen Ansatz zur SIF-Schätzung im O2-A-Band, der erstmals auf selbstüberwachten neuronalen Netzwerken basiert. Dabei wird eine rekonstruktionsbasierte Verlustfunktion dazu verwendet, eine spektrale Zerlegung der von diesen Sensoren gemessenen Strahldichte durchzuführen.Trotz approximativer physikalischer Modellierung zeigt diese Methode eine vielversprechende Validierungsleistung.
Um die Einschränkungen von Publikation I anzugehen, wird eine engere Integration exakter Strahlungstransfermodelle in den Trainingsprozess angestrebt. Da jedoch lange Simulationszeiten eine direkte Einbindung solcher Modelle in das Training neuronaler Netzwerke verunmöglichen, untersucht Publikation II verschiedene maschinelle Lernverfahren als Surrogatmodelle, die die Simulationszeit reduzieren und gleichzeitig die für SIF-Schätzungen im O2-A-Band erforderliche Genauigkeit erhalten. Als erste Anwendung nimmt Publikation III diese Ergebnisse in die allgemeine SIF-Retrieval-Methodik aus Publikation I auf und erreicht damit eine hohe Validierungsgenauigkeit in einem HyPlant-Datensatz.
Schließlich wird der neuartige Ansatz in Publikation IV auf Daten des satllitengestützten DESIS-Sensors angewendet. Er ermöglicht erstmals eine erfolgreiche Ableitung von SIF aus satellitengestützten Daten mit einer räumlichen Auflösung von 30 m mithilfe eines Sensors, der zuvor für SIF-Schätzungen ungeeignet galt. Zur Validierung dieses erfolgreichen Ergebnisses nutzt Publikation IV koinzidente Überflüge von HyPlant und DESIS, um Referenzdaten bereitzustellen.
Die vier Publikationen dieser Dissertation leisten einen wichtigen Beitrag zur Forschung an SIF-Retrieval-Verfahren, indem sie eine neuartige Methodik zur Schätzung von SIF aus luft- und satellitengestützten hyperspektralen Bilddaten beschreiben. Da diese Methodik anpassbar an neue Sensoren wie FLEX ist und mit herausfordernden Beobachtungsbedingungen – einschließlich stark variierender Topografie – umgehen kann, stellt sie eine wertvolle Ergänzung zu bestehenden Verfahren dar, die derzeit für die künftige Verarbeitung von FLEX-Daten evaluiert werden
Alterations in dopaminergic innervation and receptors in focal cortical dysplasia
Get PDFFocal cortical dysplasia (FCD) type 2 is the most common malformation of cortical development associated with pharmaco-resistant focal epilepsy and frequently located in the frontal cortex. Neuropathological hallmarks comprise abnormal cortical layering and enlarged, dysmorphic neuronal elements. Fundamentally altered local neuronal activity has been reported in human FCD type 2 epilepsy surgical biopsies. Of note, FCD type 2 emerges during brain development and forms complex connectivity architectures with surrounding neuronal networks. Local cortical microcir-cuits, particularly in frontal localization, are extensively modulated by monoaminergic axonal projections originating from the brainstem. Previous analysis of monoaminergic modulatory inputs in human FCD type 2 biopsies suggested altered density and distribution of these monoaminergic axons; however, a systematic investigation is still pending. Here, we perform a comprehensive analysis of dopaminergic (DA) innervation, in human FCD type 2 biopsies and in the medial prefrontal cortex (mPFC) of an FCD type 2 mouse model [mechanistic target of rapamyin (mTOR) hyperactivation model] during adolescent and adult stages. In addition, we analyse the expression of dopamine receptor transcripts via multiplex fluorescent RNA in situ hybridization in human specimens and the mPFC of this mouse model. In the mTOR hyperactivation mouse model, we observe a transient alteration of DA innervation density during adolescence and a trend towards decreased innervation in adulthood. In human FCD type 2 areas, the overall DA innervation density is decreased in adult patients compared with control areas from these patients. Moreover, the DA innervation shows an altered lamination pattern in the FCD type 2 area compared with the control area. Dopamine receptors 1 and 2 appear to be differentially expressed in the dysmorphic neurons in human samples and mTOR-mutant cells in mice compared with normally developed neurons. Intriguingly, our results suggest complex molecular and structural alterations putatively inducing impaired DA neurotransmission in FCD type 2. We hypothesize that this may have important implications for the development of these malformations and the manifestation of seizures
Diplomatie durch Sprache? : Deutsch-französische Begegnungen im 20. Jahrhundert
Get PDFWie wird in diplomatischen Verhandlungen zwischen ehemaligen Kriegsgegnern miteinander gesprochen? Wie geht man außerhalb dieser Verhandlungen miteinander um? Und wie gelingt es, trotz aller Unterschiede gemeinsame Bande für eine künftige Zusammenarbeit zu knüpfen? Diese Fragen stellt sich die Autorin mit Blick auf das deutsch-französische Verhältnis im 20. Jahrhundert, das reich an Konflikten, aber auch an Kooperation und Versöhnung ist. Mit einem interdisziplinären Methodenrepertoire aus der Kulturgeschichte der Diplomatie, der linguistischen Pragmatik, der Ethnologie und Soziologie werden im Rahmen eines diachronen Vergleichs vier Schlüsselbegegnungen deutscher und französischer Akteure mit Blick auf die Genese, die Entwicklung und den Wandel diplomatischer Kommunikationsformen untersucht. Hierbei werden sowohl die überlieferten Gesprächsprotokolle anhand einschlägiger Modelle aus der Linguistik analysiert, als auch in Form einer "dichten Beschreibung" die vier Treffen in ihrer Entstehung, Durchführung und Nachbereitung minutiös dargestellt. Als Beispiele dienen sowohl bi- als auch multilaterale Treffen, vor wie nach 1945: Die Locarno-Konferenz 1925, das Münchener Abkommen von 1938 sowie die ersten Begegnungen der vielfach als "Pärchen" betitelten Staats- und Regierungschefs Adenauer und de Gaulle in Colombey-les-deux-Églises 1958 sowie Kohl und Mitterrand in Paris 1982. Annäherung, erneuter Bruch und Versöhnung können durch diese Studie aufgezeigt und zwischenstaatliche Beziehungen als etwas begriffen werden, dessen nachhaltige Qualität nicht als gesichert gelten kann, sondern einer stetigen Pflege bedarf.Comment parler diplomatie? : Rencontres franco-allemandes au XXe siècle
Comment communiquent entre eux les anciens ennemis lors des négociations diplomatiques ? Comment se comportent-ils en dehors de ces négociations ? Et comment parviennent-ils, malgré toutes leurs différences, à tisser des liens communs en vue d'une future coopération ? L'auteure se pose ces questions en se penchant sur les relations franco-allemandes au XXe siècle, riches en conflits, mais aussi en coopération et en réconciliation. À l'aide d'un répertoire de méthodes interdisciplinaires issues de l'histoire culturelle de la diplomatie, de la pragmatique linguistique, de l'ethnologie et de la sociologie, quatre rencontres-clés entre des acteurs allemands et français sont examinées dans le cadre d'une comparaison diachronique afin d'étudier la genèse, le développement et l'évolution des formes de communication diplomatique. Les procès-verbaux des discussions sont analysés à l'aide de modèles linguistiques pertinents et les quatre rencontres sont présentées de manière minutieuse sous la forme d'une « description dense » retraçant leur genèse, leur déroulement et leur suivi. Des réunions bilatérales et multilatérales, avant et après 1945, servent d'exemples : la conférence de Locarno en 1925, les accords de Munich en 1938, ainsi que les premières rencontres des chefs d'État et de gouvernement Adenauer et de Gaulle à Colombey-les-deux-Églises en 1958, et Kohl et Mitterrand à Paris en 1982. Cette étude met en évidence le rapprochement, la nouvelle rupture et la réconciliation, et permet de comprendre les relations entre ces deux pays comme quelque chose dont la qualité durable ne peut être considérée comme acquise, mais qui nécessite un entretien constant
Transitions in the dynamics of recurrent neural networks
Get PDFThe brain processes information and performs computations through the collective activity of large populations of interconnected neurons. The dynamics of these biological neural networks can exhibit qualitatively distinct behaviors or states. Transitions between these behaviors can occur at specific points when parameters or external conditions change. Moreover, transitions between coexisting states in a system can occur due to perturbations or noise. This thesis investigates how such transitions give rise to chaos, criticality, and drifting memory representations in recurrent neural networks. In four studies, we use methods from dynamical systems theory and statistical physics to analyze biologically relevant network models.
First, we study how time-varying inputs shape the transition to chaos in large rate-based neural networks with random connectivity. Treating the input as a stochastic drive, we analyze the resulting nonautonomous dynamics using dynamic mean-field theory. Our analysis yields an exact condition for the transition and the phase diagram. The input dynamically suppresses chaos: the transition shifts to significantly higher coupling strengths than predicted by local stability analysis. This leads to a distinctive regime of locally expansive yet stable, nonchaotic dynamics with optimal memory for past inputs.
Second, turning to spiking neural networks, we study how the intrinsic dynamics of individual neurons influence the collective irregular spiking dynamics in networks where recurrent inhibition balances constant excitation. We combine mean-field approaches and stability analysis to characterize both the activity statistics and the detailed dynamical stability of mixed networks with two types of inhibitory neurons. Remarkably, even a single neuron whose intrinsic dynamics accelerates towards spike generation induces a transition from stable to chaotic dynamics.
Third, we investigate how critical dynamics, neuronal avalanches, can emerge during development. With a simple model of activity-dependent network formation, we show that networks of stochastically spiking neurons can robustly self-organize into a critical state near the onset of unstable recurrent excitation. The resulting activity generates spike avalanches with power-law statistics. We map the activity dynamics to a self-exciting stochastic point process and analytically derive the distributions of avalanche sizes and durations, which exhibit power-law exponents consistent with experimental observations.
Fourth, we examine how assemblies of strongly interconnected neurons can drift due to synaptic plasticity or turnover while still stably representing a memory. We demonstrate such drifting assemblies in several spiking network models, where the same plasticity mechanisms, driven by ongoing activity in the absence of structured inputs, lead to both drift and self-organized compensation. We describe the gradual exchange of neurons in a drifting assembly as noise-activated transitions between metastable states and construct reduced models that explain a transition from drifting to static assemblies
Hagedorns Geschmack : Studien zur Kunstkennerschaft in Deutschland im 18. Jahrhundert
No full textAm Beispiel von Christian Ludwig von Hagedorn (1712-1780) - Kunstsammler, Kunsttheoretiker und Gründer der Kunstakademien in Dresden und Leipzig - wird der Übergang von höfischem zum bürgerlichen Kunstgeschmack der Vorgoethezeit aufgezeigt