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Modulation der kardialen vegetativen Funktion durch Katheterablation des Sinus coronarius
No full textHintergrund: Ventrikuläre Arrhythmie geht häufig mit zusätzlicher Morbidität und erhöhter Mortalität einher. Das kardiale autonome Nervensystem ist an der Entstehung ventrikulärer Arrhythmie beteiligt, anatomische und pathophysiologische Spezifikationen sind aber nicht im Detail verstanden. Veränderungen der kardialen Aktionspotentialdauer (APD) gelten als möglicher Pathomechanismus. Autonome Strukturen mit Einfluss auf das ventrikuläre Myokard sind im epikardialen Gewebe über dem Sinus coronarius (CS) bekannt. Autonome Modulation ist ein etablierter therapeutischer Ansatz.
Methoden: Im ovinen Tiermodell (n = 13) wurde sympathische Neurostimulation (SNS) des linken Ganglion stellatum und eine Ablation der freien Gefäßwand zwischen CS-Ostium und dem Abgang der Vena azygos sinistra durchgeführt. Mittels einer eigens angefertigten „Multi-Elektroden-Socke“ erfolgte die simultane Erfassung epikardialer unipolarer Elektrokardiogramme über dem gesamten Ventrikelepikard. Der Zielparameter Activation-Recovery-interval (ARI) ist ein Surrogat der kardialen APD. Die Aufzeichnung erfolgte unter ventrikulärem Schrittmacherrhythmus. Die statistische Analyse erfolgte mit Hilfe generalisierter gemischt-linearer Modelle oder gepaartem T-Test. Gemessene ARI wurden zudem in dreidimensionale epikardiale Maps integriert und morphologisch ausgewertet.
Ergebnisse: Dreiminütige SNS des LSG führte zu einer Verkürzung der Zykluslänge (CL) im Sinusrhythmus um modellierte 23,40 ± 4,68 ms (p < 0,001). SBP wie MAP stiegen unter SNS (21,53 ± 2,38 mmHg bzw. 14,31 ± 1,73 mmHg, p < 0,001). SNS vor Ablation führte zu keinem signifikanten Effekt auf das globale ARI (p = 0,49). Epikardiale Maps zeigten in jedem Tier erkennbare, jedoch uneinheitliche SNS-Effekt. Die Varianz von ARI nahm unter SNS zu (25,38 ± 10,53 ms2 p = 0,04). Die CS-Ablation führte zu einer ARI-Verkürzung mit einem signifikanten Haupteffekt um -24,91 ± 1,45 ms (p < 0,0001). Auch nach Ablation ergab sich kein signifikanter Effekt der SNS auf das globale ARI (p = 0,995). Die Ablation führte zu stark streuenden Auswirkungen auf die Varianz von ARI ohne signifikante Differenz. Vor und nach Ablation zeigten sich bei hämodynamischen und elektrophysiologischen Daten erhebliche individuelle Schwankungen.
Schlussfolgerung: Diese Arbeit unterstützt die These einer erhöhten Heterogenität der APD als proarrhythmischem Sympathikuseffekt. Die Ablation cholinerger Strukturen innerhalb des intrinsischen kardialen Nervensystems erscheint als plausible Ursache für die Effekte der CS-Ablation. Transmurale Ablation autonomer Strukturen des Herzens ist möglich und hat Auswirkungen auf die ventrikuläre Elektrophysiologie. Damit ist prinzipiell eine therapeutische Anwendung denkbar.Background: Ventricular arrhythmia is a highly relevant cause of morbidity and mortality. Cardiac autonomous nervous system has been shown to play an important role in ventricular arrhythmogenesis. However, anatomic and pathophysiological specification of this mechanism remain unclear but changes in cardiac action potential duration (APD) have been repetitive considered. Autonomic structures showing remarkable influence on ventricular myocardium were found in epicardial tissue along the coronary sinus (CS). Autonomic modulation is a well-established therapeutic principle.
Methods: In this ovine open-chest model (n = 13) sympathetic neurostimulation (SNS) of the left stellate ganglion and ablation of the free wall of the CS between ostium an insertion of the left azygos vein was performed. Using a custom made „multi electrode sock“ simultaneous recordings of unipolar electrocardiograms were collected all over both ventricles. Activation-recovery interval (ARI), which is a surrogate of APD, was used as central parameter. Recordings were made during ventricular pacing. Generalized linear mixed models or in some cases paired samples t-test were used for statistical analysis. Three dimensional epicardial maps were created using measured ARI for morphological analysis.
Results: Three minutes of SNS lead to shortening of cycle length (CL) of estimated 23,40 ± 4,68 ms (p < 0,001). Systolic and median arterial pressure increased under same condi-tions (21,53 ± 2,38 mmHg and 14,31 ± 1,73 mmHg, p < 0,001). Pre-ablative SNS showed no significant effect on global ARI (p = 0,49). Inspecting epicardial maps, inhomogeneous effects of SNS were observable in every animal. Variance of ARI increased under SNS (25,38 ± 10,53 ms2 p = 0,04). CS-Ablation lead to ARI shortening showing a significant effect of -24,91 ± 1,45 ms (p < 0,0001). Postablative SNS had no significant effect on global ARI either (p = 0,995). Ablation had also highly divergent effects on variance of ARI making it impossible to identify a significant effect. Both hemodynamic and electrophysiological data marked variations between individuals in pre- as well as post-ablative phases.
Conclusion: This study supports the hypothesis of increased heterogeneity of APD as a proarrhythmic effect of the sympathetic system. Ablation of cholinergic structures within the intrinsic cardiac nervous system seems to be a plausible explanation for effects of CS-ablation on ventricular electrophysiology. Transmural ablation of autonomic structures within the heart is feasible and shows effects on ventricular electrophysiology. Taking that into consideration, therapeutic use of this technique might be possible
Charakterisierung der Protein-DNA-Bindung der HSV-1-Terminase durch Optimierung der Probenvorbereitung für die native Massenspektrometrie
No full textDas Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1) ist auf den Terminase-Komplex angewiesen. Dieser besteht aus den Proteinen pUL15, pUL28, pUL33 und packt die virale Desoxyribonukleinsäure (DNS) in das Prokapsid während der Replikation. Trotz ihrer Bedeutung als antivirales Ziel sind die Mechanismen, die die Terminase-DNA-Interaktionen steuern, nur unzureichend bekannt. Diese Arbeit untersucht die Stöchiometrie der HSV-1-Terminase und die Rolle des G-Quadruplexes, einer sekundären DNA-Struktur, bei der DNS-Protein-Komplexierung. Mittels nativer Massenspektrometrie wurde die Stöchiometrie des Terminase-Komplexes analysiert und es konnte gezeigt werden, dass virale G-Quadruplex-haltige DNS-Sequenzen nicht spezifisch an die Terminase binden. Während dieser Experimente wurden andere oligomerer Zustände des Terminase-Komplexes beobachtet, als vorherige Veröffentlichungen suggerierten. Anstelle der bisher publizierten Hexamere des heteromeren Trimer-Terminase-Komplexes wurden hauptsächlich Monomere, Dimere und Trimere beobachtet. Aus diesen Ergebnissen wurde ein Modell für ein neues Zwischenprodukt des Terminase-DNA-Komplexes während der Verpackung entworfen.
Eine große methodische Herausforderung war die geringe Ausbeute und Qualität des gereinigten Terminase-Komplexes für die nMS-Analyse. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein schnelles Proteinreinigungsprotokoll entwickelt, das den Proteinverlust minimiert und den zeitintensiven und verlustreichen Pufferaustauschschritt überflüssig macht. Dieser Ansatz, der mit dem Standardprotein Alkoholdehydrogenase (ADH) validiert und anschließend auf die Terminase und verwandte Proteine angewandt wurde, lieferte durchweg qualitativ hochwertige Proben, die für nMS geeignet sind. Die optimierte Methode bietet eine schnelle und effiziente Strategie für die Untersuchung verschiedenster Proteinkomplexe.
Neben den Fragestellungen aus der HSV-Virologie wurde das Fast-Track-Protokoll auch eingesetzt, um die Neigung von fluoreszierenden Proteinen zur Dimerisierung zu untersuchen, die häufig in der Mikroskopie verwendet werden. Durch die Analyse ihrer Stöchiometrie mittels nativer Massenspektrometrie lieferte diese Arbeit systematische Einblicke in die Dimerisierung von FP unter nativen Bedingungen. Diese Erkenntnisse erleichtern die Auswahl von FPs für Mikroskopiestudien, um eine zuverlässige Einzelmolekülverfolgung zu ermöglichen.
In dieser Arbeit werden Virologie, Massenspektrometrie und methodische Innovationen miteinander verknüpft, um das Verständnis des HSV-1-Verpackungsmechanismus zu verbessern. Hierzu wurden zunächst Arbeitsabläufe bei der Proteinreinigung für native Massenspektrometrie optimiert. Diese wurden außerdem verwendet, um geeignete fluoreszierende Proteine für die Fluoreszenzmikroskopie bezüglich ihrer Dimerisierung zu charakterisieren. Die Ergebnisse unterstreichen die Vielseitigkeit der nativen Massenspektrometrie, insbesondere in Kombination mit dem Fast-Track-Protokoll, bei der Untersuchung verschiedener biologischer Systeme und Proteinkomplexe.Herpes simplex virus 1 is dependent on the terminase complex. It consists of the proteins pUL15, pUL28, pUL33 and packs the viral DNA into the procapsid during replication. Despite its potential as an antiviral target, the mechanism of the terminase-DNA interaction is poorly understood. This work investigates the stoichiometry of the herpes simplex virus 1 terminase and the role of the secondary DNA structure G-quadruplex in the DNA-protein complex formation. Using native mass spectrometry, the stoichiometry of the terminase complex was analyzed and it was shown that viral G-quadruplex containing DNA does not bind specifically to the terminase. In these experiments, different oligomeric states of the terminase complex were observed than suggested in previous publications. Instead of hexamers of the heteromeric trimer terminase complex, mainly monomers, dimers and trimers were detected. Based on these results, a model for a new intermediate of the terminase-DNA complex during packaging was designed.
A major experimental challenge was the yield and quality of the purified terminase complex being too low for native mass spectrometry analysis. To solve this problem, a fast-track protein purification protocol was developed that minimizes protein loss and eliminates the time-consuming and wasteful buffer exchange step. This approach, validated with the standard protein alcohol dehydrogenase and subsequently applied to terminase and related proteins, consistently yielded high-quality samples suitable for native mass spectrometry. The optimized method provides a rapid and efficient strategy for the analysis of a wide range of protein complexes.
In addition to the studies on herpes simplex virus 1, the fast-track protocol was also used to investigate the tendency of fluorescent proteins, frequently used in microscopy, to dimerize. Through a stoichiometry analysis using native mass spectrometry, this work provided systematic insights into the dimerization of fluorescent proteins under native conditions. These findings facilitate the selection of fluorescent proteins for microscopy studies to ensure reliable single-molecule tracking.
In this work, virology, mass spectrometry and method development are combined to improve the understanding of the herpes simplex virus 1 packaging mechanism. First, protein purification workflows were optimized for native mass spectrometry. These workflows were also used to characterize suitable fluorescent proteins for fluorescence microscopy in terms of their dimerization. The results underline the versatility of native mass spectrometry, especially in combination with the fast-track protocol, in the investigation of different biological systems and protein complexes
Die neuronalen und behavioralen Mechanismen der Modulation von Schmerzen durch positive und negative Erwartungen
No full textThe perception of the environment is heavily influenced by expectations. This is also the case for the perception of pain. The positive expectation that an upcoming stimulus will hurt less leads to hypoalgesia. In the opposite however, the negative expectation that a stimulus will hurt more leads to hyperalgesia. This phenomena are also known as the placebo effect in the case of positive expectations and the nocebo effect in the case of negative expectations. While these effects are well known and researched, less is known about the underlying mechanisms of the positive and negative expectation effects and if they underlie the same set of rules. This pertains, for example to whether the effect strength of positive and negative expectations is comparable. Further, the stability of this expectation effects still needs to be investigated as well as the means to induce these expectation effects, as it remains unclear if deception is necessary for the induction of expectations.
In three studies, the mechanisms of pain modulation through positive and negative expectations were investigated. Study 1 employed a combination of EEG and fMRI to examine the neural correlates of pain modulation by positive and negative expectations that were induced using a sham brain computer interface. It was found that during the anticipation of a painful stimulus, positive and negative expectations primarily led to shared effects in the brain. However, during pain perception, in multiple brain areas a differentiation between the effects emerged with higher activation for the positive expectation condition compared to the negative expectation condition. Furthermore, through EEG, it was possible to reveal a temporal organization of the effects in the brain during pain anticipation. Study 2 explored the stability of expectancy effects and the neural basis for this stability. It was observed that the induction of both positive and negative expectations resulted in stable changes in perception approximately one week after the expectation induction. Moreover, the brain regions supporting this stability were found to differ between positive and negative expectations. Stable positive expectations were associated with increased activity in the anterior insula, increased activity in the DLPFC, and reduced activity in the amygdala. In contrast, stable negative expectations were associated with increased activity in the thalamus. Study 3 demonstrated that deception is not necessary for the successful induction of positive or negative expectations. In summary, the behavioral data of the three studies revealed no significant differences between the effects of positive and negative expectations on pain perception. However, among the neural data, both commonalities and differences in processing were observed, which may indicate variations in the underlying mechanisms of positive and negative expectations.Die Wahrnehmung der Umwelt ist stark von Erwartungen geprägt. Dies gilt auch für die Wahrnehmung von Schmerzreizen. Die positive Erwartung, dass ein Schmerzreiz weniger schmerzhaft werden wird, vermindert den empfundenen Schmerz. Sie führt also zu Hypoalgesie. Im Gegensatz dazu erhöht die negative Erwartung, dass ein Schmerzreiz sehr schmerzhaft sein wird zu Hyperalgesie, also einer verstärkten Schmerzwahrnehmung. Diese Effekte sind auch als Placebo-Effekt im Falle der positiven Erwartung und als Nocebo-Effekt im Falle der negativen Erwartung bekannt. Während diese Effekte gut untersucht sind, ist weniger darüber bekannt, welche Mechanismen diesen Effekten zu Grunde liegen. Insbesondere bleibt unklar, ob positive Erwartungen und negative Erwartungen den gleichen Mechanismen folgen. Das gilt z.B. dafür, ob sie die gleichen Effektstärke zeigen, für die Stabilität der Erwartungen und für die Möglichkeiten, diese Erwartungen zu induzieren. Unklar ist zudem, ob Täuschung für das erfolgreiche Induzieren von Erwartungen notwendig ist und ob sich die Erwartungseffekte in ihren neuronalen Korrelaten unterscheiden.
In drei Studien wurden deshalb die Mechanismen der Schmerzmodulation durch positive und negative Erwartungen beleuchtet. In Studie 1 wurde mit einer Kombination aus EEG und fMRT die neuronalen Korrelate der Schmerzmodulation durch positive und negative Erwartungen untersucht, die durch ein vorgetäuschtes Brain-Computer-Interface induziert wurden. Dabei zeigte sich, dass die Erwartungen die Schmerzwahrnehmung der Versuchspersonen beeinflussten und dass positive und negative Erwartungen in der Phase der Vorbereitung auf den Schmerz vor allem gemeinsame Effekte im Gehirn aufweisen. Jedoch differenzierten sich diese Effekte während der Schmerzwahrnehmung in den meisten Arealen. Mit Hilfe des EEGs konnte zudem eine zeitliche Organisation der Effekte im Gehirn ausgearbeitet werden. In Studie 2 wurde die Stabilität der Erwartungseffekte sowie die neuronale Grundlage dieser Stabilität untersucht. Dabei ergab sich, dass die Induktion von sowohl positiven und negativen Erwartungen zu stabilen Veränderungen der Wahrnehmung ca. eine Woche nach der Induktion geführt haben. Es zeigte sich auch, dass die Areale im Gehirn, die diese Stabilität unterstützen, sich zwischen positiven und negativen Erwartungen unterscheiden. Stabile positive Erwartungen wurden durch mehr Aktivität in der anterioren Insula, mehr Aktivität im DLPFC und durch verringerte Aktivität in der Amygdala unterstützt. Stabile negative Erwartungen gingen ausschließlich mit mehr Aktivität im Thalamus einher. In Studie 3 aufgezeigt werden, dass Täuschung für eine erfolgreiche Induktion von positiven oder negativen Erwartungen nicht notwendig ist. Zusammenfassend wurden in den Verhaltensdaten der drei Studien keine bedeutsamen Unterschiede zwischen positiven und negativen Erwartungseffekten auf die Schmerzwahrnehmung gefunden. In den neuronalen Daten lassen sich jedoch neben Gemeinsamkeiten in der Verarbeitung auch Unterschiede erkennen, die möglicherweise Unterschiede in den zugrunde liegenden Mechanismen andeuten
An atomic scale study of strain, chirality, topology and domain wall networks in antiferromagnetic multilayers of Mn on Ir(111)
No full textAntiferromagnetic spin textures are rapidly emerging as key building blocks for next-generation spintronic devices. Their inherent lack of stray fields, robustness against external perturbations, and ultra-fast spin dynamics in the terahertz regime make them especially attractive for high-density, low-power memory technologies such as racetrack memory. Beyond their potential for device applications, antiferromagnetic systems also host a rich landscape of topological phenomena, including emergent orbital magnetism and exotic Hall effects, offering a fertile ground for fundamental research at the intersection of topology, spintronics, and materials design.
In this thesis, a model type system of a few atomic layers of Manganese (Mn) deposited on a hexagonal lattice of Ir(111) has been investigated with spin-polarized scanning tunneling microscopy (SP-STM) for antiferromagnetic spin textures and domain walls. By introducing localized strain via embedded argon bubbles, magnetic imaging of domain wall networks has been shown. The elements of the domain wall networks, i.e. triple magnetic domain wall junctions and hexa-junctions have been studied down to the atomic scale.
A systematic study of the double, triple, and quadruple Manganese layers on Ir(111), reveals a strong correlation between structural relaxation and magnetic behavior. In particular, stress-relief-induced reconstruction patterns in the triple and quadruple layers significantly influence the orientation of surrounding magnetic domain walls. The double layer has been characterized to have the row-wise antiferromagnetic (1Q) state. Moreover, multi-Q states such as the 2Q and 3Q have also been observed in the different layers, suggesting the presence of higher-order exchange interactions.
Across all the layers, structurally chiral domain wall junctions have been observed, which reflect the broken symmetries inherent to the system. Notably, a lateral shift of the double layer relative to the monolayer has been observed. This has been attributed to an enhanced inter-layer antiferromagnetic coupling and symmetry reduction arising from the onset of the row-wise antiferromagnetic (RW-AFM) order.
Furthermore, the thesis reports the presence of the non-trivial topological 3Q state, appearing as localized spin textures in the double layer and as extended magnetic domains and domain walls in the thicker layers. A collaborative density functional theory (DFT) analysis reveals a topological orbital moment associated with the 3Q state in the double layer of Manganese on Ir(111).
These findings open new pathways for incorporating antiferromagnetic textures into future device architectures. The ability to induce domain walls in an antiferromagnet through localized strain highlights a viable route for strain-engineered control of magnetic states, with potential implications for ultra-fast domain wall dynamics. Moreover, the emergence of the topological 3Q state and its associated orbital moment lays the groundwork for transport experiments and computational studies exploring exotic Hall effects—including the recently proposed topological orbital Hall effect.
Together, this work offers a foundation for both experimental and theoretical investigations into topologically driven spin phenomena in antiferromagnetic systems
Strukturelle und funktionelle Einblicke in StmPr1: Stenotrophomonas maltophilia’s Hauptvirulenzfaktor
No full textMit zunehmender Verbreitung antimikrobieller Resistenzen (AMR) etabliert sich eine immer drängendere globale Gesundheitskrise, welche erheblich zu steigenden Sterblichkeitsraten weltweit beiträgt.
Übermäßiger und unsachgemäßer Einsatz von Antibiotika sowohl in der Humanmedizin als auch in der Landwirtschaft, gekoppelt mit unzureichender Regulierung und einer globalen Ausbreitung resistenter Krankheitserreger beschleunigt die Entwicklung multiresistenter Bakterien wie Stenotrophomonas maltophilia. Diese Dissertation legt den Fokus auf die strukturelle, funktionelle und biochemische Charakterisierung von StmPr1, einer sekretierten Serinprotease, diese ist beteiligt an der Virulenz und Persistenz von S. maltophilia. Mittels der Kombination aus Röntgenkristallographie, Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) und Molekulardynamik (MD)-Simulationen wurden die Strukturen der 36 kDa- und 47 kDa-Formen von StmPr1 aufgeklärt. Hierdurch wurden wesentliche Erkenntnisse über strukturelle Zustände und katalytische Mechanismen von StmPr1 gewonnen.
Ein Schwerpunkt dieser Dissertation war die strukturelle Analyse von StmPr1, hier lag der Fokus auf Unterschieden zwischen den beiden Formen von StmPr1 in ihrer Substratspezifität und ihrem Bindungsmodus. Neben den StmPr1 internen Unterschieden wurde die Aktivität von Borsäure-Derivaten als potenzielle Inhibitoren untersucht, da diese bekannt sind für ihre inhibitorische Wirkung auf Serinproteasen in ihrer Funktion als Proteasom-Inhibitoren. Des Weiteren wurden Molecular Docking und Dynamics Simulationen genutzt, um mögliche weitere Inhibitoren zu identifizieren.
Diese bioinformatischen Erkenntnisse in Kombination mit den Erkenntnissen aus klassischen strukturellen Analysen werfen neues Licht auf die Rolle von StmPr1 für das Überleben und die Anpassung von S. maltophilia. Damit tragen die Ergebnisse zu einem besseren Verständnis bakterieller Proteasen als interessante therapeutische Ziele bei, insbesondere im Kontext von AMR. Des Weiteren schafft die erfolgreiche Kristallisation und darüber hinaus die strukturelle Charakterisierung mittels aktueller Methoden eine Grundlage für zukünftige Studien, mit dem möglichen Ziel der Entwicklung eines Inhibitors, der bei der Behandlung von S. maltophilia-Infektionen helfen kann.
Mittels der Kombination von struktureller Bioinformatik, klassischer Röntgenstrukturanalyse und bewährten Methoden derStrukturbiologie und Biochemie schafft diese Dissertation eine Grundlage zum besseren Verständnis von StmPr1 im Speziellen und bakteriellen Proteasen im Allgemeinen. Dies bietet einen Ansatz für innovative Inhibitor-Design-Strategien und ist von Bedeutung im Kampf gegen Infektionen durch multiresistente Bakterien
Construction of a novel strontium quantum simulator
No full textThis dissertation describes the design and construction of a quantum simulation platform based on ultracold strontium atoms. The work establishes key experimental infrastructure, including a high-flux atomic source, ultra-high vacuum environment, and a cost-efficient laser delivery system, enabling the cooling and trapping of all four stable isotopes. Atoms are first captured in a blue magneto-optical trap at 461 nm, then transferred to a red trap at 689 nm, reaching temperatures below one microkelvin. A dynamically tunable 3D accordion lattice provides control over lattice spacing, supported by high-resolution single-atom imaging. An optical Stern–Gerlach scheme enables spatially resolved nuclear spin detection in fermionic strontium, opening opportunities to explore magnetism, many-body physics, and interaction effects within the SU(N>2) Fermi–Hubbard model framework
L3-Investment und Portfolioarbeit im gymnasialen Französischunterricht
No full textIn dieser Dissertation wird das Entstehen von L3-Investment von Lernenden im gymnasialen Französischunterricht, als Tertiärsprachenunterricht (L3), in Deutschland erforscht und die Beziehung zwischen seinem Entstehen und der im Unterricht verwendeten Portfolioarbeit untersucht. L3-Investment ist eine soziologische Erweiterung von Motivation im Tertiärsprachenunterricht und fokussiert die Identität von Fremdsprachenlernenden im Zusammenhang mit sie umgebenden Ideologien und ihnen verfügbarem Kapital. Grundlagen der Studie sind die Theorie der komplexen dynamischen Systeme (CDST), laut der Zeit und Interaktionen komplexe dynamische Systeme ausmachen. Auf dieser Basis ist das Ziel der Studie, L3-Investment im formalen Französischunterricht an Gymnasien zu erforschen und die Beziehung zwischen der Portfolioarbeit und dem Entstehen von L3-Investment zu explorieren.
Um die Ziele zu erreichen wurde eine qualitative, ethnografische Fallstudie entworfen und durchgeführt. Den Fall bildet eine Lerngruppe an einem Hamburger Gymnasium, deren L3-Investment über einen dreijährigen Zeitraum (7.-9. Klasse) erforscht wurde. Es wurden Unterrichtsbeobachtungen und Interviews, die in einem Setting mit diversen Methoden erhoben wurden, verwendet, die mithilfe der Grounded Theory Methode ausgewertet wurden, um datengestützte Theorien zu generieren, die Perspektive der Schüler:innen herauszustellen und den Kontext berücksichtigen zu können. Zum Unterrichtskontext zählt das Portfolio, das die Lehrkraft für die Lerngruppe entwickelt hat und im Unterricht einsetzt.
Die Analyse ist zweigeteilt in einen individuellen und interindividuellen Teil. Für den ersten Teil wurden fünf Fokusschüler:innen ausgewählt, um die individuellen Prozesse und Besonderheiten ihres L3-Investments darzustellen. Dabei zeigt sich, dass bei zwei Teilnehmenden das L3-Investment im Französischunterricht auftritt und aus verschiedenen interaktiven Komponenten besteht, während bei den anderen drei Lernenden das Entstehen ihres L3-Investments davon abhängt, ob sie Agency erfahren. Wenn dies der Fall ist, machen auch bei ihnen interaktive Komponente ihr L3-Investment aus. Für die interindividuelle Analyse wurden das Erfahren von Agency und das Lernen des Schulfranzösischen als Komponenten analysiert, ohne die L3-Investment in diesem spezifischen Kontext nicht auftritt. Darüber hinaus können der Wille nach guten Noten, kooperatives Arbeiten und Lernen mit Spaß das L3-Investment der Lernenden stabilisieren und verstärken. Weitere Komponenten des L3-Investments in dem konkreten Fall sind das außerschulische Lernen von Französisch, Explorieren und Kreieren, mehrsprachiges sowie multimodales Arbeiten und Lernen über Scaffolding. Das Portfolio stellt eine pädagogische Affordance dar, das L3-Investment fördern, aber auch teilweise behindern kann. Es kann dazu dienen, mehrsprachig, multimodal, nach eigenen Präferenzen und mit Lebensweltbezügen zu arbeiten und somit einem Multiliteracies-Ansatz folgen. Insgesamt kann das Portfolioarbeit bedeutsam für einen Großteil der analysierten Komponenten von L3-Investment sein und ihre Beziehung zu L3-Investment kann förderlich sein.
Die Ergebnisse führen zu den Grounded Theories, dass L3-Investment ein komplexes dynamisches System ist und dass Agency sowie das Lernen des Schulfranzösischen bedeutsam für das Entstehen von L3-Investment sind, was insbesondere mittels eines Multiliteracies-Ansatzes gefördert werden kann. Außerdem ermöglichen die Ergebnisse, die CDST- und die L3-Investment-Theorie weiterzuentwickeln. Für komplexe dynamische Systeme sind nicht nur Zeit und Interaktion bedeutsam, sondern auch Raum. Räumliche Skalen zeigen, dass Verhalten im Unterricht auch von dem geografischen und sozialen Raum Gymnasium, Familie und Gesellschaft beeinflusst werden können. Die Bestandteile vom L3-Investment-Modell lassen sich um Hoffnung erweitern, die Veränderungen hinsichtlich der Anerkennung von Identitäten, Kommunikation, und Gerechtigkeit im Fremdsprachenunterricht umfasst und mit einem Multiliteracies-Ansatz verbunden werden kann
Graph-decompositions: Trees, tangles and locality
No full textIn this thesis, we make the global structure of a graph visible, study the interplay of graph-theoretic concepts with the large-scale geometry of the underlying graph, and display the infinities, i.e. ends and critical vertex sets, of infinite graphs
On Strengths and Limitations of Multimodal Transformer Encoders and Decoders for Vision-Language Tasks
No full textBeam Transport for a Laser-Plasma Driven Free-Electron Laser at the LUX Experiment
No full textFree-electron lasers (FELs) require high-quality electron beams with low energy spread, small emittance, and high peak current to enable coherent amplification of light. Laser-plasma accelerators (LPAs) could offer compact and cost-efficient drivers for FELs. However, the electron beams from state-of-the-art LPAs do not yet meet all FEL beam quality requirements simultaneously as they exit the plasma. Percent-level energy spread, micrometer-scale normalized emittance, and shot-to-shot fluctuations in beam quality pose significant challenges for FEL operation.
In this thesis, a dedicated 25 m-long beamline was designed, constructed, and commissioned to demonstrate free-electron lasing at the LUX laser-plasma accelerator.
The combination of decompression and chromatic focusing of the electron beams reduces the effective slice energy spread and removes limitations by the beam emittance.
Applying both schemes increases the gain in a two meter short ideal undulator from a factor of 5 to a factor of 100 over the spontaneous undulator radiation. FEL simulations with the unaveraged code Puffin, suited for ultrashort beams and complex phase-spaces, extended for measured field profiles, predict a factor of 25 in gain in the experiment.
Spectrally resolved detection of the FEL pulses increases the contrast by another order of magnitude, which should provide sufficient FEL signal for first lasing experiments at LUX.
Beyond numerical validation, experiments were carried out to characterize and refine the beam transport from the plasma-source to the undulator. This included precise quadrupole positioning, determination and correction of strength errors, and undulator alignment to ensure an optimal beam trajectory and matching. These measures provide the necessary beam properties required for future FEL operation at LUX and establish a foundation for exploring compact, plasma-based light sources.Freie-Elektronen-Laser (FELs) benötigen Elektronenstrahlen hoher Qualität mit geringer Energiebreite, geringer Emittanz und hohen Spitzenströmen.
Zukünftig könnten diese durch kompakte und kosteneffiziente Laser-Plasma-Beschleuniger (LPAs) angetrieben werden.
Die Stabilität und Qualität der im Plasma erzeugten Strahlen sind mit Energiebreiten im Prozentbereich und gleichzeitigen Emittanzen von Mikrometern nicht ohne weitere Strahlmanipulation zum Treiben eines FELs geeignet.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine 25m lange Elektronen-Beamline am LUX-Experiment mit dem Ziel der Demonstration eines Plasma-getriebenen FELs entworfen, gebaut und charakterisiert.
Die gleichzeitige Verwendung einer Dekompressionsschikane und einer chromatischen Fokussierung in den Undulator reduziert den Slice-Energyspread und erlaubt eine konstante effektive Strahlgröße unterhalb der Emittanzgrenze entlang eines zwei Meter kurzen Undulators.
Im Idealfall kann diese Kombination die Verstärkung des Lichtfelds von einem Faktor 5 auf einen Faktor 100 im Vergleich zur spontanen Undulatorstrahlung erhöhen.
Realistische Simulationen mit Puffin, einem FEL code, der komplexe Strahleigenschaften erlaubt und um die Fähigkeit erweitert wurde, gemessene Felddaten zu verwenden, versprechen eine Verstärkung um den Faktor 25.
Der Kontrast zur spontanen Strahlung kann um einen weiteren Faktor 10 erhöht werden, wenn die Messung der FEL Pulse spektral aufgelöst wird. Dies sollte genügend Signal für erste FEL-Experimente bei LUX liefern.
Zusätzlich wurden Experimente durchgeführt, um die Elektronen-Beamline feinzujustieren. Die Quadrupol-Magnete wurden zur Elektronenstrahlachse ausgerichtet, ihre Fokussierstärke kalibriert, der Undulator justiert und automatische Strahllagekorrekturen implementiert. Diese Maßnahmen sollten zukünftige FEL-Experimente bei LUX ermöglichen