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Transversale Impulsabhängigkeit bei Doppel-Parton Streuung
No full textDouble parton scattering (DPS) is a mechanism in which two hard parton-level processes take place in a single hadron-hadron collision. This can yield important contributions to search processes at the LHC, a prominent channel being like-sign lepton pair production via the production of two W bosons of equal charge in a double Drell-Yan process.
The factorization theorems allow to write the DPDs cross-section in terms of perturbatively computable hard scattering part, and non-perturbative objects called double parton distributions (DPDs), which contain a lot of new information about hadron structure at the quantum level, such as correlations between partons in polarization, color, and momentum.
In this thesis, we describe transverse-momentum dependence in the process of production of two W bosons in proton-proton collision via double parton scattering. This requires so-called transverse momentum-dependent double parton distributions (DTMDs). In the first part of the work, we express DTMDs in the transverse-position space, Fourier conjugate to the transverse momenta, and discuss their structure and evolution equations – the renormalization group- and rapidity evolution (Collins-Soper) equation.
After that, we identify the regions, where perturbative methods can be used to connect DTMDs to simpler objects, such as collinear double parton distributions (DPDFs) and single parton distributions (PDFs). These are called the “large-y”, and “short-distance” regions, and are described in the later part of the work. We describe the initial conditions for DPDs in both regions and the corresponding form of the Collins-Soper equation. We analyze the position-space dependence of DTMDs in both approximations and their corresponding uncertainties due to the perturbative matching to either DPDFs or PDFs. Later, we discuss the non-perturbative input required in the computation and present a scheme needed to i) extrapolate the perturbatively computed approximation of DPDs to non-perturbative distances, and ii) interpolate between the two approximations valid in different subregions of the phase space.
In the final part, we compute the contribution to the differential cross-section of the considered process in each region independently, identify the most important contributions, and discuss their uncertainties due to the modeling of DTMDs and the rapidity evolution kernels. Finally, we combine all of the contributions and discuss the final results for the differential cross-sections.Die Doppel-Parton Streuung (Double parton scattering, DPS) ist ein Mechanismus, bei dem zwei harte Parton-Prozesse in einer einzelnen Hadron-Hadron-Kollision stattfinden. Dies kann wichtige Beiträge zu Suchprozessen am LHC liefern, Ein prominentes Beispiel ist die Produktion von Leptonenpaaren durch die Erzeugung von zwei W -Bosonen mit gleicher Ladung im Doppel Drell-Yan-Prozess.
Die Faktorisierungssätze (Factorization theorems) erlauben es, den Wirkungsquerschnitt der DPS durch einen perturbativ berechenbaren harten Streuteil und nicht-perturbative Objekte, sogenannte Doppelpartonverteilungen (Double Parton
Distribution, DPDs), beschreiben. Diese enthalten viele neue Informationen über die Struktur von Hadronen auf Quantenebene, wie zum Beispiel Korrelationen zwischen Partonen in Polarisation, Farbe und Impuls. In dieser Arbeit beschreiben wir die transversale Impulsabhängigkeit bei der Erzeugung von zwei W -Bosonen in Proton-Proton-Kollisionen durch DPS. Dies erfordert sogenannte transversale impulsabhängige Doppelpartonverteilungen (transverse momentum dependent double parton distributions, DTMDs).
Im ersten Teil der Arbeit drücken wir die DTMDs im Ortsraum aus, der Fourier-konjugiert zu den transversalen Impulsen ist, und diskutieren deren Struktur und Skalen Evolution, einschließlich der Renormierungsgruppen- und Collins-Soper-Gleichung.
Anschließend identifizieren wir die Bereiche, in denen perturbative Methoden verwendet werden können, um DTMDs durch einfacheren Objekten, wie Kollinearen Doppelpartonverteilungen (DPDFs) und Partonverteilungen (PDFs), zu beschreiben.
Diese werden als die “large-y” und “short-distance” Bereiche bezeichnet und im späteren Teil der Arbeit beschrieben. Wir beschreiben die Anfangsbedingungen für DPDs in beiden Bereichen und die entsprechende Form der Collins-Soper-Gleichung.
Wir analysieren die Abhängigkeit der DTMDs im Ortsraum in beiden “large-y” und “short-distance” Näherungen und deren entsprechende Unsicherheiten aufgrund der
perturbativen Matching an entweder DPDFs oder PDFs.
Später diskutieren wir den nicht-perturbativen Input, der für die Berechnung erforderlich ist, und präsentieren ein Schema, das notwendig ist, um i) die perturbativ berechnete Näherung von DPDs auf nicht-perturbative Distanzen zu extrapolieren, und
ii) zwischen den beiden Näherungen zu interpolieren, die in verschiedenen Teilbereichen des Phasenraums gültig sind. Im letzten Teil berechnen wir den Beitrag zum differentiellen Wirkungsquerschnitt des betrachteten Prozesses in beiden “large-y” und “short-distance” Bereichen. Wir identifizieren die wichtigsten Beiträge und diskutieren deren Unsicherheiten aufgrund der Modellierung der DTMDs und der Collins-Soper Kerne. Schließlich fassen wir alle Beiträge zusammen und diskutieren die Endergebnisse für die differentiellen Wirkungsquerschnitte
Röntgeninduzierte Vielphotonenionisierungsdynamiken: Quantenzustandsaufgelöste Berechnungen und maschineller Lernansatz
No full textX-ray free-electron lasers (XFELs) offer unique opportunities for unraveling ultrafast dynamics in matter and for imaging biomolecules with almost atomic resolution. For these attractive applications of XFELs, deepening our understanding of the interaction of high-intensity X rays with individual atoms is essential. In a single intense X-ray pulse, atoms are highly ionized by multiple sequences of one-photon ionization events and accompanying decay processes. These X-ray multiphoton ionization dynamics are commonly simulated by a rate-equation approach for electronic configurations. However, the configuration-based rate-equation approach does not include individual quantum states and, thereby, is unsuitable for studying the electron-cloud alignment of the produced atomic ions. It has been well-known that atomic photoionization can align an electron cloud, initially being perfectly spherically symmetric. But it is not clear how the alignment of the electron cloud evolves during X-ray multiphoton ionization dynamics. However, such a study requires a computationally expensive description of individual quantum states and quantum-state-resolved atomic transitions and includes solving rate equations in a generally extremely large space of states. In this thesis, I present a comprehensive framework for quantum-state-resolved calculations of X-ray multiphoton ionization dynamics of atoms and apply machine learning for handling the high computational cost.
To this end, a quantum-state-resolved electronic-structure framework for isolated atoms and atomic ions is introduced in the first part of the thesis. This framework uses first-order many-body perturbation theory, which improves accuracy of transition energies. In addition, I employ quantum-state-resolved electronic-structure calculations to study how much the electron cloud of argon ions can be aligned through a single X-ray-induced atomic transition. A nonnegligible degree of alignment is observed.
Combining the quantum-state-resolved electronic-structure framework with a Monte Carlo rate-equation method in a follow-up study enables me to calculate quantum-state-resolved X-ray multiphoton ionization dynamics. Results for neon atoms demonstrate that state-resolved calculations provide similar charge-state distributions, but more precise information about resonant excitations and electron and photon spectra than the common configuration-based calculations. Moreover, calculated time-resolved spectra of electrons and photons present detailed insight into ultrafast dynamics of state-resolved X-ray multiphoton ionization. However, performing such state-resolved calculations for atoms much heavier than neon is very costly due to extremely time-consuming state-resolved calculations of a very large number of atomic transition parameters.
Because of this limitation, I next present a strategy that embeds machine-learning models for predicting atomic transition parameters into the state-resolved calculation of X-ray multiphoton ionization dynamics. As potential machine-learning models, I discuss feedforward neural networks and random forest regressors, which exhibit a similarly acceptable, but limited accuracy. In addition, fully calculated and machine-learning-based charge-state distributions and electron and photon spectra are compared for argon atoms. The comparison demonstrates that the machine-learning strategy works in principle and that the performance, in terms of charge-state distributions and electron and photon spectra, is good.
Lastly, I apply the state-resolved X-ray multiphoton ionization dynamics calculations to explore the possibility to align the electron cloud of argon ions through a linearly polarized XFEL pulse. The induced X-ray multiphoton ionization dynamics generate ions in a wide range of charge states with nonzero orbital- and spin-angular momentum. While the electron-cloud alignment is suppressed with progressing ionization dynamics when averaging over all individual quantum states, the simulations clearly demonstrate nonnegligible electron-cloud alignment for orbital-angular-momentum- and charge-resolved states.
Overall, this thesis contributes to a deeper understanding of the interaction of XFEL pulses with atoms by providing more accurate state-resolved information, complemented by insight into electron-cloud alignment dynamics. It also establishes a first step toward computationally efficient calculations of X-ray multiphoton ionization dynamics for easily examining a variety of atoms and XFEL beam parameters in the future
Charakterisierung antimikrobieller Resistenzmuster bei Vibrio cholerae Isolaten aus Ghana mittels Third Generation Vollgenomsequenzierung
No full textDiese Arbeit untersucht die Anwendbarkeit der Vollgenomsequenzierung (VGS) zur Bestimmung antimikrobieller Resistenzmuster am Beispiel von Vibrio cholerae.
Die Sequenzierung erfolgte mittels Illumina- und Nanopore-Sequenzierung von 82 V. cholerae Isolaten (Patientenproben aus Ghana 2011, 2012 und 2014), die in einer vorigen Studie experimentell auf Resistenzmuster untersucht worden waren. Zur bioinformatischen Auswertung entwickelten und implementierten wir ein Programm namens CholerAegon und identifizierten damit insgesamt 11 Resistenzgene, 10 davon durch Nanopore Sequenzdaten. Im Vergleich zu den experimentell ermittelten Resistenzmustern lieferte die VGS für Trimethoprim/ Sulfamethoxazol, Nalidixinsäure, Ciprofloxacin, Gentamicin und Tetrazyklin überzeugende Daten. Für Ampicillin und Chloramphenicol war dies jedoch nicht der Fall. In der Gegenüberstellung der verwendeten Sequenziermethoden erwiesen sich die Illumina-Daten in der Average Nucleotid Identity, die Nanopore-Daten in der Fragmentlänge und der Größe der Genomassemblierung als überlegen. Insgesamt lieferte die Kombination der Daten mittels Hybridassemblierung die besten Ergebnisse.
Für Ausbruchsgeschehen bietet die Nanopore-Technologie aufgrund der mobilen Anwendbarkeit und der geringen Kosten einen großen Nutzen zur schnellen Identifizierung und epidemiologischen Überwachung von Krankheitserregern. Für detaillierte Fragestellungen, insbesondere zur Identifizierung von Punktmutationen, ist die Genauigkeit der Nanopore-Sequenzierung jedoch zurzeit noch nicht ausreichend.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die VGS bereits zufriedenstellende Ergebnisse zur Resistenzcharakterisierung liefert, jedoch in Bezug auf die Sensitivität die konventionellen Methoden noch nicht ersetzen kann. Hierzu muss in Zukunft weiteres Wissen über Resistenzgene und deren molekulare Mechanismen gesammelt und in den gängigen Open Access Datenbanken hinterlegt werden
Informal Governance for Urban Sustainability in Sub-Saharan Africa: An Institutional Analysis of Community-Led Approaches to Nature-Based Stormwater Solutions
No full textRapid urbanization and the intensifying impacts of climate change pose significant stormwater management challenges for Sub Saharan African (SSA) cities, necessitating sustainable and resilient stormwater management solutions. This study explores the potential of Sustainable Urban Drainage Systems (SUDS) as nature-based solutions (NBS) to address these challenges, focusing on the role of community governance in their successful implementation. While existing literature broadly examines the technical aspects of SUDS and formal governance in the Global North, this research fills a gap by investigating the dynamics of community-led governance in the Global South, specifically within SSA.
To address the central research question—How does community governance shape the management and sustainability of SUDS as nature-based stormwater solutions in Sub-Saharan African cities?-the study employs an integrated methodological approach. This includes a comprehensive literature review, system dynamics modeling to explore interactions between forms of capital (social, human, environmental, financial, and political), and a qualitative case study in a SSA city to gather empirical data on community governance performance. These methods were chosen to provide theoretical and practical insights into the social and institutional dynamics that affect the community-led management and of SUDS.
Results indicate that community governance, rooted in local knowledge, social networks, and flexible decision-making structures, can effectively complement formal governance frameworks, enhancing the adaptability and inclusivity of Nature-based stormwater management solutions in urban SSA. The study found that when community governance leverages political capital and local resources, there is a notable improvement in SUDS performance, including reduced urban flooding and increased engagement in environmental stewardship. However, challenges remain regarding coordination with formal governance bodies, securing long-term funding, and overcoming local political resistance.
These key findings underscore the importance of integrating community governance into formal planning processes, recommending that policymakers support decentralized, community-driven NBS projects to build more resilient urban environments. Practical guidelines include enhancing community capacity, fostering collaborative frameworks, and ensuring transparent decision-making processes. The study contributes to theory by extending Ostrom’s polycentric governance model to urban stormwater management in SSA, demonstrating how decentralized governance structures can be effectively utilized in contexts with limited formal institutional capacity.
While this study advances understanding of community governance in urban climate adaptation, further research is needed to evaluate the scalability of these models in diverse SSA regions and compare their effectiveness with centralized approaches used in the Global North. Additionally, future studies could explore the long-term sustainability of community-driven SUDS projects. By linking empirical data to theoretical frameworks, this research provides valuable insights into the role of community governance in advancing sustainable urban resilience. It highlights both the opportunities and limitations of integrating decentralized governance systems within formal urban planning. It contributes to a more nuanced understanding of how SUDS can mitigate stormwater challenges in rapidly urbanizing regions vulnerable to climate impacts.Die rasche Verstädterung und die zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels stellen die Städte in Subsahara-Afrika (SSA) vor große Herausforderungen, die nachhaltige und widerstandsfähige Lösungen für die Regenwasserbewirtschaftung erforderlich machen. Diese Studie untersucht das Potenzial nachhaltiger städtischer Entwässerungssysteme (Sustainable Urban Drainage Systems, SUDS) als naturbasierte Lösungen (NBS) zur Bewältigung dieser Herausforderungen und konzentriert sich dabei auf die Rolle der kommunalen Verwaltung bei deren erfolgreicher Umsetzung. Während die vorhandene Literatur im Großen und Ganzen die technischen Aspekte von SUDS und die formale Governance im globalen Norden untersucht, füllt diese Studie eine Lücke, indem sie die Dynamik der gemeinschaftsgeführten Governance im globalen Süden, insbesondere in SSA, untersucht.
Zur Beantwortung der zentralen Forschungsfrage - Wie beeinflusst die kommunale Verwaltung die Bewirtschaftung und Nachhaltigkeit von SUDS als naturbasierte Regenwasserlösungen in afrikanischen Städten südlich der Sahara - wird in der Studie ein integrierter methodischer Ansatz verwendet. Dazu gehören eine umfassende Literaturrecherche, systemdynamische Modelle zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Kapitalformen (Sozial-, Human-, Umwelt-, Finanz- und Politikkapital) sowie eine qualitative Fallstudie in einer Stadt in Subsahara-Afrika, um empirische Daten über die Leistung der kommunalen Verwaltung zu sammeln. Diese Methoden wurden gewählt, um theoretische und praktische Einblicke in die soziale und institutionelle Dynamik zu gewinnen, die die Umsetzung und Nachhaltigkeit von SUDS beeinflusst.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die kommunale Governance, die auf lokalem Wissen, sozialen
Netzwerken und flexiblen Entscheidungsstrukturen beruht, formale Governance-Rahmen wirksam ergänzen und die Anpassungsfähigkeit und Exklusivität der Regenwasserbewirtschaftung in Städten in SSA verbessern kann. Die Studie ergab, dass sich die Leistung von Regenwasserbewirtschaftungssystemen deutlich verbessert, wenn die kommunale Verwaltung politisches Kapital und lokale Ressourcen einsetzt, was zu weniger Überschwemmungen in den Städten und mehr Engagement für die Umwelt führt. Es bestehen jedoch weiterhin Herausforderungen bei der Koordinierung mit formellen Verwaltungsorganen, der Sicherung langfristiger Finanzierung und der Überwindung lokaler politischer Widerstände.
Die wichtigsten Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, die kommunale Verwaltung in formelle Planungsprozesse einzubinden, und empfehlen den politischen Entscheidungsträgern, dezentralisierte, kommunale NBS-Projekte zu unterstützen, um eine widerstandsfähigere städtische Umwelt zu schaffen. Zu den praktischen Leitlinien gehören die Stärkung der kommunalen Kapazitäten, die Förderung kooperativer Rahmenbedingungen und die Gewährleistung transparenter Entscheidungsprozesse. Die Studie leistet einen Beitrag zur Theorie, indem sie Ostroms polyzentrisches Governance-Modell auf die städtische Regenwasserbewirtschaftung in SSA ausweitet und zeigt, wie dezentrale Governance-Strukturen in Kontexten mit begrenzten formalen institutionellen Kapazitäten effektiv genutzt werden können.
Während diese Studie das Verständnis von Community Governance in der städtischen Klimaanpassung vorantreibt, sind weitere Forschungen notwendig, um die Skalierbarkeit dieser Modelle in verschiedenen SSA-Regionen zu bewerten und ihre Effektivität mit zentralisierten Ansätzen im globalen Norden zu vergleichen. Darüber hinaus könnten künftige Studien die langfristige Nachhaltigkeit von SUDS-Projekten auf Gemeindeebene und das Potenzial technologischer Innovationen zur Verbesserung der lokalen Governance-Fähigkeiten untersuchen.
Durch die Verknüpfung empirischer Daten mit theoretischen Rahmenwerken bietet diese Studie wertvolle Einblicke in die Rolle der kommunalen Verwaltung bei der Förderung nachhaltiger urbaner Resilienz. Sie hebt sowohl die Möglichkeiten als auch die Grenzen der Integration dezentraler Governance-Systeme in die formale Stadtplanung hervor und trägt zu einem differenzierteren Verständnis der Frage bei, wie SUDS die Herausforderungen der Regenwasserbewirtschaftung in schnell urbanisierenden Regionen, die anfällig für Klimaauswirkungen sind, abmildern können
Der Zusammenhang zwischen dem SSRI-/SSNRI- Blutserumspiegel und der Absetzsymptomatik während des Absetzprozesses von Antidepressiva
No full textDas Ziel der vorliegenden Dissertation war es, den Zusammenhang zwischen dem Blutserumspiegel von SSRI/SSNRI und der Symptomatik beim Absetzen von Antidepressiva zu untersuchen. Dabei standen die psychischen und physischen Symptome im vierwöchigenAbsetzprozess im Fokus. Es handelt sich um eine Untersuchung an 38 Teilnehmer:innen aus der FAB-Studie „Frei von Antidepressiva - Absetzen in ärztlicher und psychologischer Begleitung“, welche an den Universitätskliniken Hamburg-Eppendorf und Marburg durchgeführt wird. Der Blutserumspiegel wurde zu Beginn der Absetzphase bestimmt. Innerhalb der wöchentlichen Studienvisiten wurde das physische und psychische Befinden der Teilnehmer:innen anhand von psychologischen Messinstrumenten über 4 Wochen evaluiert. Es ergaben sich in der Tendenz positive Zusammenhänge zwischen dem Blutserumspiegel von SSRI/SSNRI und der Absetzsymptomatik. Im Mittel zeigten Teilnehmer:innen mit höheren Blutserumspiegeln höhere Werte im DESS-Fragebogen, entsprechend stärkeren Absetzsymptomen im Absetzprozess. Allerdings ist die Aussagekraft der Ergebnisse aufgrund der geringen Anzahl an untersuchten Teilnehmer:innen nicht repräsentativ, sodass die zuvor aufgestellte
Hypothese nicht auf die Gesamtheit bezogen werden kann.
Der aktuelle Forschungsstand weist auf verschiedene Faktoren hin, welche einen Einfluss auf die Intensität der Absetzsymptomatik haben könnten. Beispielsweise steigern eine längere Therapiedauer, eine höhere Dosierung des Antidepressivums und ein jüngeres Patient:innenalter sowie negative Erwartungen durch frühere Absetzversuche das Risiko für das Auftreten von Absetzsymptomen, wohingegen sich Entspannung positiv auswirkt (Zwiebel and Viguera, 2022, Lincoln et al., 2021). Zu den Ergebnissen dieser Untersuchung lässt sich zusammenfassend sagen, dass die Absetzsymptome im Verlauf der vierwöchigen Absetzphase im Mittel zunahmen.
Welchen Einfluss der initiale Blutserumspiegel des Antidepressivums dabei hatte, lässt sich mit den wenigen Daten nicht eindeutig klären. Die Ergebnisse entsprechen den Erwartungen, zeigen aber hohe intra- und interindividuelle Schwankungen, möglicherweise bedingt durch die verschiedenen bereits beschriebenen Einflussfaktoren. Weitere klinische Studien an großen Patient:innenkollektiven sind erforderlich, um das Zusammenwirken des Blutserumspiegels von SSRI/SSNRI und der Absetzsymptomatik zu untersuchen und so das Risiko für das Auftreten von Absetzsymptomen und deren Intensität im Vorfeld abschätzen zu können, um dann die notwendigen therapeutischen Maßnahmen einzuleiten
Bassoon mutation P3882A als ein Modell für Proteinopathie in der Neuroinflammation und Alterung
No full textDie schubunabhängige Progression der MS stellt nach wie vor eine große therapeutische Herausforderung dar. Immunsuppressive Therapien sind gegen die fortschreitende Akku- mulation neurologischer Defizite, die eine große Belastung für das Leben der Patient:innen darstellen, unwirksam (Scalfari et al., 2014). Um therapeutische Strategien zu identifizieren, welche die neurodegenerativen Mechanismen der MS wirksam beeinflussen, müssen ge- nau diese Mechanismen gründlich untersucht werden.
Ein pathophysiologischer Mechanismus der Neurodegeneration in der EAE ist die neuro- nale Akkumulation des präsynaptischen Proteins Bassoon (Schattling et al., 2019). Eine autosomal-dominant vererbte missense Mutation von Bassoon zeigte eine Assoziation mit einem hereditären atypischen Parkinsonsyndrom (Yabe et al., 2018). Folglich ließ sich hy- pothetisieren, dass die Bassoon Mutation das toxische Potential von Bassoon erhöht und somit als Mausmodell zur experimentellen Charakterisierung der Bassoon Proteinopathie in der EAE und im Alter geeignet ist.
Das primäre Ziel dieser Arbeit war die Validierung dieser Hypothese durch die Charakteri- sierung der Toxizität und Aggregationsneigung von Bassoon Mut im Vergleich zu Bassoon WT in vitro und in vivo. In vivo zeigte sich in der EAE und in alten Mäusen keine signifikante Toxizität der Bassoon Mutation, sodass eine in vivo Modellierung der Bassoon Proteinopa- thie mit Bassoon P3882A nicht abgeleitet werden kann. Die in vitro Daten implizieren jedoch eine erhöhte Toxizität von Bassoon MUT im Vergleich zu Bassoon WT. Die gesteigerte Anfälligkeit gegenüber Glutamat induziertem Zellstress und die erhöhte Aggregatlast in der Bassoon MUT Neuronenkultur legen nahe, dass die Toxizität durch eine verstärkte struktu- relle Destabilisierung vermittelt wird, die eine verstärkte Aggregationsneigung zur Folge hat.
Die vorliegende Arbeit ist nur ein erster Schritt in dem Bemühen, die Natur der Bassoon Toxizität anhand der Bassoon Mutation zu entschlüsseln. Weitere Experimente sind erfor- derlich, um die Theorie einer erhöhten aggregationsvermittelten Toxizität in Bassoon MUT Neuronen zu untermauern und um spezifische präsynaptische Funktionsstörungen in Bassoon MUT Neuronen zu identifizieren, welche beispielsweise die Proteostase, die Or- ganisation von Ionenkanälen oder die Vesikelexozytose betreffen könnten
Determination of z-gradients of organic additives in paper
No full textBei der Herstellung und Veredelung von Papier werden viele unterschiedliche Komponenten wie Faserstoffe, Füllstoffe sowie Additive eingesetzt. Neben der Verteilung der Papierkomponenten in der Blattebene beeinflussen die Verteilungen in z-Richtung maßgeblich wichtige Papiereigenschaften oder auch das Ergebnis beim Streichen von Papier. Um diese Verteilungen bei der Papierherstellung gezielt beeinflussen zu können, ist es wichtig, die Einflüsse auf die Verteilungen zu kennen. Viele Methoden zur Untersuchung der z-Verteilungen organischer Papierkomponenten haben Limitationen, wie mikroskopische Methoden, die zwar teilweise eine hohe Auflösung aufweisen, gleichzeitig aber keinen repräsentativen Bereich untersuchen. Häufig bedarf es zudem einer aufwendigen Proben-vorbereitung, die teilweise die Verteilung der Komponenten im Papier beeinflussen kann.
Im Rahmen dieser Arbeit werden Methoden entwickelt, mit denen anhand repräsentativer Papierflächen definierte z-Positionen qualitativ und quantitativ untersucht werden können, um so die z-Verteilungen organischer Papierkomponenten zu ermitteln. Dies wird über die Analyse mittels Pyrolyse Gaschromatographie/Massenspektrometrie (Py-GC/MS) von oberflächenparallelen Mikrotomschnitten des Papiers realisiert.
Zur artefaktfreien Probenbearbeitung dient die entwickelte Methode mit Eis als Einbettmedium für die anschließende Präparation der Parallelschnitte im Kryomikrotom. Die Zunahme der Dicke des Papiers bei der Benetzung sollen selbst entwickelte Einbettvorrichtungen verhindern. Die in Eis eingebetteten Papiere werden anschließend mittels Kryomikrotom geschnitten. Die untersuchte Probengröße von 10 mm x 10 mm wird als repräsentativ angesehen. Die Methodenentwicklung beinhaltet neben der Probenpräparation auch die Analytik mittels Py-GC/MS. Hierbei werden Quantifizierungsmethoden für die Additive, Styrol-Butadien-Latices, Alkenylbernsteinsäureanhydrid (ASA), Alkylketendimer (AKD) und Zink-Salicylat entwickelt. Die Frage, ob die Probenpräparation mittels Kryomikrotomie zu Artefakten führt, wird an Beispielen geprüft, bei denen der Schnittbeginn jeweils von der Oberseite und der Siebseite erfolgt. Die z-Profile des Strichbindemittels weisen dabei keine Hinweise auf einen Einfluss des Schnittbeginns auf.
Die entwickelte Methode ermöglicht, den Einfluss von Produktionsparametern auf die z-Profile und die resultierenden Papiereigenschaften zu bestimmen. So kann bei gestrichenen Papieren der Einfluss der Streichrohpapiere auf die Penetration der Streichfarbe gezeigt werden. Dies beinhaltet den Einfluss von Filmpressenaufträgen der Basispapiere oder deren Porosität. Zudem lassen sich in den z-Profilen des SB-Latex beispielsweise Unterschiede zwischen dem Rand und der Mitte derselben Papierbahn ermitteln. Bei den Mittellagen eines Selbstdurchschreibepapiers bewirkt die Modifikation der Herstellungsparameter deutliche Unterschiede in den z-Profilen des Zink-Salicylat-haltigen Additivs der Farbnehmerseite. Bei einem Faltschachtelkarton mit rund 390 μm Dicke werden einerseits die z-Gradienten des Strichbindemittels ermittelt und andererseits über Lignin- und Kohlenhydrat-Pyrolyseprodukte unterschiedliche Faserstoff-Zusammensetzungen in verschiedenen Lagen des Kartons nachgewiesen. Bei zwei ASA-geleimten Papieren kann die Analyse einen z-Gradienten steigender ASA-Gehalte von der Ober- zur Unterseite der Papiere nachweisen.
Die Methode mittels Py-GC/MS erlaubt eine genaue Quantifizierung und weitergehende Charakterisierung der eingesetzten organischen Additive. Die Py-GC/MS ermöglicht zudem auch die direkte Analyse kovalent gebundener Additive oder auch polymerer Additive, ohne dass weitere Probenvorbereitungsschritte wie Extraktionen und/oder Hydrolysen nötig werden.Paper production and finishing involves the use of various components, including fibres, fillers and additives. In addition to the distribution of the paper components in the sheet plane, the distribution in the z-direction has a significant influence on important paper properties or the result when coating the paper. In order to influence these distributions during papermaking, it is essential to understand the factors that influence them. Several methods are available to analyse the z-distribution of organic paper components. However, some of these methods have limitations. For example, microscopic methods may have high resolution but may not examine a representative area. In addition, complex sample preparation is often required, which can sometimes affect the distribution of components in the paper.
This work develops methods for qualitative and quantitative analysis of defined z-positions using representative paper areas to determine the z-distributions of organic paper components. The analysis is performed by examining surface-parallel microtome sections of the paper using pyrolysis gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS). In order to achieve artefact-free sample processing, the developed method uses ice as an embedding medium for the subsequent preparation of parallel sections in the cryomicrotome (cryostat). Newly developed embedding devices are used to avoid an increase in paper thickness during wetting. The papers are then sectioned using a cryostat. The analysed sample size of 10 mm x 10 mm is considered representative. In addition to sample preparation, method development includes analysis using Py-GC/MS. Quantification methods are being developed for the additives styrene-butadiene (SB) latices, alkenyl succinic anhydride (ASA), alkyl ketene dimer (AKD) and zinc salicylate. This paper investigates whether artefacts are introduced by sample preparation using cryomicrotomy. In the examples presented, the section was started from the top and from the wire side. The z-profiles of the coating binder show no evidence of influence from the start of the sectioning.
The method developed makes it possible to determine the influence of production parameters on the z-profiles and the resulting paper properties. In the case of coated papers, it can demonstrate the effect of the coating base papers on the penetration of the coating colour, including the effect of the film press application of the base papers or their porosity. SB-Latex z-profiles can also be used to determine differences between the edge and centre of the paper machine for the same paper web. The manufacturing parameters have a significant effect on the z-profiles of the zinc salicylate additive on the colour acceptor side in the centre layers of a carbonless paper. The z-profiles of the coating binder are determined for a folding boxboard with a thickness of about 390 μm. In addition, different fibre compositions in different layers of the board are detected via lignin and carbohydrate pyrolysis products. For two ASA papers, the analysis shows a z-gradient of increasing ASA content from top to bottom.
The Py-GC/MS method allows precise quantification and characterisation of the organic additives used. It also allows direct analysis of covalently bound or polymeric additives without the need for additional sample preparation steps such as extraction or hydrolysis
Multimodal Social Cue Integration for Attention Modeling and Robot Gaze Control
No full textCognitive modeling is the creation of models of human behavior that can also be used to inform the development of intelligent robots. A common cognitive modeling task is saliency prediction. Saliency models predict regions in an image or video where a group of observers are most likely to gaze. Existing work on saliency models formulates the task as an end-to-end problem, predicting attention as a function of the stimuli. In this thesis, we identify the importance of social cues in directing attention, and therefore, introduce priors representing social cues into our models. A model augmented with social cues is defined as a social attention model. We show that the explicit representation of social cues improves the performance of existing saliency models. In contrast to saliency models, scanpath models predict the gaze trajectories of individual observers. We extend saliency models with a fixation history module, transforming them into scanpath prediction models. This transformation is necessary for deploying attention models on robots, especially in Human-Robot Interaction (HRI) settings, as it allows robots to exhibit humanlike gaze patterns rather than infer gaze transitions based on the aggregated attention of a group of observers. Additionally, it allows for the personalization of scanpaths using a single unified model, which in turn reduces the training time significantly, as well as the number of models required to achieve the same objective.
Toward achieving our objective, we begin by evaluating the impact of non-verbal social cues on audiovisual saliency models. We design deep-learning models that integrate these social cues with existing saliency models, thereby improving saliency prediction in social settings. Saliency and social cues are represented as spatiotemporal maps and integrated through neural attention and gating mechanisms. A major advantage of our map representation approach is the ability to replace these maps at inference time without having to retrain or fine-tune the social attention model. We propose two architectures for integrating these maps. The first which we term late integration, combines features from multiple modality streams using convolutional Attentive Long Short-Term Memory (ALSTM) units. The resulting feature maps are then propagated to a Gated Multimodal Unit (GMU) model. The second integration architecture, which we term early fusion, lets one modality influence another via the GMU, which precedes the ALSTM, while maintaining separate streams for each modality. This allows us to weigh and quantify the impact of each social cue on task performance.
Given that the saliency representation maps closely resemble our social attention model output, there is a potential drawback for shortcut learning to occur. This means that the model might become overly dependent on the most reliable cue, ignoring all others. Thus, to mitigate shortcut learning, we develop a neural attention inversion module, which we term the Directed Attention Module (DAM), based on the Squeeze-and-Excitation network. The DAM predicts the inverse of the social cue and saliency representation maps, thereby uniformly distributing the attention weights among social cue modalities. Therefore, it allows our social attention model to rely on all modality representations rather than those of the most salient modality only.
Furthermore, to investigate the performance of our models under real-world conditions, we develop a software framework called Wrapyfi, which allows us to deploy and distribute the models on multiple machines and robots. Wrapyfi facilitates the distribution of models by introducing a common interface for different message-oriented and robotics middleware. This framework reduces the boilerplate code necessary for conducting robotic experiments by abstracting communication protocols and providing plugins that enable the exchange of many data types, including those defined by deep-learning frameworks. This allows us to focus on the design of our experimental pipelines, rather than the communication protocols between robots and software components. We utilize Wrapyfi to conduct HRI studies exploring the influence of robot social cues, namely gaze direction and facial expressions, on human behavior, collaboration, and perception. Moreover, Wrapyfi is used to manage the communication exchanges for our cognitive robotic simulations. These simulations rely on the embodiment of our social attention models into a physical robotic platform, demonstrating their resilience to sensor noise and their applicability in HRI. We introduce paradigms for quantitatively evaluating these cognitive simulations, allowing us to scale up the assessment of our models’ performance on robots, without requiring human feedback.
Realizing the impact of sound on attention and gaze, we extend an existing audiovisual saliency prediction model with an additional auditory stream, effectively transforming it into a binaural model. This enables the model to localize sound in videos, thus expanding the capabilities of social attention models relying on its representation maps. Additionally, given that the attention patterns of individual observers are distinct from those of a group of observers, we extend our social attention saliency model into a scanpath predictor by integrating a fixation history module. Finally, the model is validated in a cognitive robotic simulation setup, allowing us to compare the robot’s performance to that of humans.Cognitive Modellierung dient dazu, Modelle zum Verhalten von Menschen zu erstellen, sowie die Entwicklung intelligenter Roboter zu unterstützen. Eine häufige Aufgabe der kognitiven Modellierung ist die Salienzvorhersage. Salienzmodelle sagen voraus, wenn Beobachter ein Bild oder Video anschauen, auf welche Bereiche sie als Gruppe am ehesten schauen werden. Bestehende Forschungsarbeiten zu Salienzmodellen formulieren die Salienzvorhersage als ein Ende-zu-Ende Problem, bei dem die Aufmerksamkeit der Beobachter als Funktion der Eingabestimuli vorhergesagt wird. In dieser Dissertation untersuchen wir die Bedeutung sozialer Hinweise zur Lenkung der Aufmerksamkeit und führen daher A-Priori Faktoren, die durch soziale Hinweise repräsentiert werden, in unsere Modelle ein. Ein Modell, das mit sozialen Hinweisen erweitert wird, definieren wir soziales Aufmerksamkeitsmodell. Wir zeigen, dass die Einbeziehung sozialer Hinweise die Leistung bestehender Salienzmodelle verbessert. Im Gegensatz zu Salienzmodellen sagen Scanpfadmodelle die Blickverläufe einzelner Beobachter voraus. Wir erweitern Salienzmodelle mit einem Modul, das die Fixationshistorie einbezieht, und verwandeln sie in Scanpathmodelle. Diese Transformation ist notwendig, um Aufmerksamkeitsmodelle in Robotern einzusetzen, insbesondere im Kontext von Mensch-Roboter Interaktion (Human-Robot Interaction, HRI), da sie es Robotern ermöglicht, individuelle menschenähnliche Blickmuster zu generieren, anstatt Blickübergänge basierend auf der aggregierten Gruppenaufmerksamkeit abzuleiten. Darüber hinaus erleichtert es die Personalisierung von Scanpfaden mit einem einzigen vereinheitlichten Modell, was wiederum die Trainingszeit und die Anzahl der spezifischen Modelle erheblich reduziert, die erforderlich wären, um dasselbe Ziel zu erreichen.
Um unser Ziel zu erreichen, beginnen wir mit der Bewertung des Einflusses nonverbaler sozialer Hinweise auf audiovisuelle Salienzmodelle. Wir entwickeln Deep-Learning Ansätze, die diese sozialen Hinweise in bestehende Salienzmodelle integrieren und dadurch deren Performanz in sozialen Umgebungen verbessern. Die Salienz und die sozialen Hinweise werden als raumzeitliche Karten dargestellt und durch neuronale Attention- und Gating-Mechanismen integriert. Ein großer Vorteil unserer Kartenrepräsentation ist die Möglichkeit, diese Karten zur Inferenzzeit austauschen zu können, ohne das soziale Aufmerksamkeitsmodell neu trainieren oder feinabstimmen zu müssen. Wir schlagen zwei Architekturen zur Integration dieser Karten vor. Die erste, die wir Late Integration nennen, kombiniert Merkmale aus mehreren Modalitäten unter Verwendung des convolutional Attentive-LSTM (ALSTM) Modells. Die resultierenden Merkmalskarten werden dann auf ein Gated Multimodal Unit (GMU) Modell übertragen. In der zweiten Integrationsarchitektur, die wir Early Fusion nennen, moduliert eine Modalität eine andere, indem das GMU den ALSTM-Units vorausgeht, wobei die Modalitäten separiert bleiben. Dies ermöglicht es, jeden sozialen Hinweis zu gewichten und dessen Einfluss auf die Modellperformanz zu ermitteln.
Da die Salienzrepräsentationskarten den Ausgaben unseres sozialen Aufmerksamkeitsmodells ähneln, kann als Nachteil Shortcut Learning auftreten. Das heißt, das Modell verlässt sich nur auf den zuverlässigsten Hinweis und ignoriert alle anderen Hinweise. Daher entwickeln wir zur Reduzierung von Shortcut Learning ein neuronales Aufmerksamkeitsinversionsmodul, das wir als Directed Attention Module (DAM) bezeichnen, basierend auf dem Squeeze-and-Excitation Netzwerk. Das DAM sagt das Inverse der sozialen Hinweis und Salienzrepräsentationskarten vorher und verteilt somit die Aufmerksamkeitsgewichte gleichmäßig auf die sozialen Hinweise. Somit ermöglicht es unserem sozialen Aufmerksamkeitsmodell, sich auf alle Modalitätsdarstellungen zu stützen und nicht nur auf die einer Modalität. Darüber hinaus entwickeln wir, um die Leistung unserer Modelle unter realen Bedingungen zu untersuchen, ein Software-Framework namens Wrapyfi, das es uns ermöglicht, die Modelle auf mehreren Computern und Robotern zu implementieren und zu verteilen. Wrapyfi erleichtert die Verteilung von Modellen, indem es eine gemeinsame Schnittstelle für verschiedene nachrichtenorientierte und robotische Middleware bereitstellt. Dieses Framework reduziert die Codebausteine, die für die Durchführung robotischer Experimente notwendig sind, indem es Kommunikationsprotokolle abstrahiert und Plugins bereitstellt, die den Austausch vieler Datentypen, einschließlich derjenigen, die von Deep-Learning Frameworks definiert werden, ermöglichen. Damit können wir uns auf das Design unserer experimentellen Pipelines konzentrieren, anstatt auf die Kommunikationsprotokolle zwischen Robotern und Softwarekomponenten. Wir nutzen Wrapyfi zur Durchführung von HRI-Studien, die den Einfluss robotischer sozialer Hinweise, nämlich Blickverhalten und Gesichtsausdrücke, auf menschliches Verhalten, Zusammenarbeit und Wahrnehmung untersuchen. Darüber hinaus wird Wrapyfi verwendet, um den Kommunikationsaustausch für unsere kognitiven robotischen Simulationen zu verwalten. Diese Simulationen basieren auf der Einbettung unserer sozialen Aufmerksamkeitsmodelle in eine physische robotische Plattform und demonstrieren deren Robustheit gegenüber Sensorrauschen und ihre Anwendbarkeit in HRI. Wir führen Paradigmen ein, um diese kognitiven Simulationen quantitativ zu bewerten und ermöglichen so die Skalierung der Leistungsbewertung unserer Modelle auf Robotern, ohne menschliches Feedback zu erfordern.
In Anbetracht des Einflusses von Geräuschen auf unsere Aufmerksamkeit und unsere Blickrichtung erweitern wir ein bestehendes audiovisuelles Salienzmodell um einen zusätzlichen auditiven Stream und verwandeln es effektiv in ein binaurales Modell. Dies ermöglicht es dem Modell, Geräusche in Videos zu lokalisieren, und erweitert so die Fähigkeiten sozialer Aufmerksamkeitsmodelle, die sich auf seine Repräsentationskarten stützen. Da die Aufmerksamkeitsmuster einzelner Beobachter sich von denen einer Gruppe von Beobachtern unterscheiden, erweitern wir unser soziales Aufmerksamkeits-Salienzmodell zu einem Scanpathmodell mittels eines Fixationshistorienmoduls. Das Modell wird schließlich in Experimenten mit Probanden und mit dem Roboter in einer Cognitiven Simulation validiert
Geschäfte mit Nahestehenden: Eine grundsätzliche Lösung für das Außensteuer-, Handels- und Gesellschaftsrecht - Unter besonderer Berücksichtigung von BEPS Bericht 8 und des Wettbewerbsrechts
No full textZusammenfassung der Dissertation
Zunächst wurde im ersten Kapitel, das sich mit dem Steuerrecht befasst, das Ziel verfolgt, die Finanzierung der nachhaltigen Entwicklungsziele zu fördern und dazu beizutragen, dass BEPS Bericht 8 ebenfalls einheitlich eingeführt wird. Hierzu wurden die gegenwärtig erzielten Fortschritte auf internationaler Ebene aufgegriffen, sofern es die Besteuerung von Gewinnen multinationaler Unternehmen aus Verrechnungspreisen für immaterielle Werte betrifft, und einen Vorschlag für ihre konkrete Umsetzung in Deutschland unterbreitet. BEPS Bericht 8 wurde im Rahmen der Untersuchung für die Auslegung und Rechtsfortbildung von § 1 Absätze 1, 2, 3 Sätze 1 bis 8 und Sätze 11 und 12, 4 Satz 1 Nr. 1 und Satz 2 AStG herangezogen. Das Ergebnis ist, dass eine entsprechende Auslegung und Rechtsfortbildung möglich ist und die Forschungsfrage folglich positiv beantwortet werden kann. Nach der hier vertretenen Auffassung können insbesondere § 1 Absatz 3 Sätze 11 und 12 AStG bereits nach geltendem Recht im Einklang mit BEPS Bericht 8 ausgelegt und fortentwickelt werden. Eine gesetzliche Änderung dieser Regelung, die von einer Auffassung in der Literatur für notwendig gehalten wird, wird dennoch begrüßt. Denn diese würde die Rechtssicherheit im Vergleich zu der ergänzenden Gesetzesauslegung erhöhen, wie sie hier vertreten wird.
Im zweiten Kapitel, das sich mit dem Handelsrecht befasst, sollte anschließend zunächst BEPS Bericht 8, falls möglich, herangezogen werden für die Auslegung von Regelungen des Handelsgesetzbuchs, die einen Bezug zu den Verrechnungspreisen multinationaler Unternehmen haben, um mehr Konvergenz herzustellen zwischen dem Außensteuergesetz, dem Handelsgesetzbuch und den Aktienrechtsregelungen. Diese Möglichkeit besteht jedoch nicht. Die Untersuchung wandte sich sodann der grundsätzlichen Lösung des Problems der Verrechnungspreismanipulationen zu. Das Ziel der Untersuchung war, die Finanzierung der nachhaltigen Entwicklungsziele zu fördern und Diskriminierung sowie Wettbewerbsbeschränkungen durch Offenlegung zu verringern. Hierzu verfolgte die Untersuchung zunächst das Ziel, die den Konsolidierungsregelungen zugrunde liegende Theorie zu diskutieren. Hiernach sollte die Auffassung der Arbeitsgruppe berücksichtigt werden, die zur Untersuchung der Auswirkungen multinationaler Unternehmen auf die Entwicklung und die internationalen Beziehungen ernannt wurde, hinsichtlich der Lösung des Problems durch Offenlegung. Um dies im Gegensatz zur geltenden Rechtslage zu erreichen, wurde ein Vorschlag zur Fortentwicklung der Anhangvorschriften unterbreitet. Hierzu erfolgte im Anschluss an die Untersuchung der Anhangangaben die Diskussion der den Konsolidierungsregelungen zugrunde liegenden Theorie. Diese bereitete die Grundlage für die Beantwortung der Frage, wie dies erreicht werden könnte. Ergebnis war, dass die Anhangvorschriften fortzuentwickeln waren. Exemplarisch wurde anhand des Steuer- und Handelsrechts ebenfalls verdeutlicht, dass das deutsche Recht aufgrund der Relativitätsthese fragmentiert ist. Eine vereinheitlichende Lösung ist indes möglich und wird hier vorgeschlagen. Diese hat den Vorteil der Übersichtlichkeit und könnte den Investitionsstandort Deutschland stärken. Der Vorschlag gilt ab einer bestimmten Größenklasse. Er umfasst zum Schutz von Betriebs- und Geschäftsgeheimnissen eine Geheimnisschutzregelung. Dieser Vorschlag wurde hier begründet, sofern es das Steuer- und Wettbewerbsrecht betrifft. Schließlich wurde vorläufig für einen Evaluationszeitraum von fünf Jahren die Alternative vorgeschlagen und begründet, den Parteien, die ein berechtigtes Interesse haben, auf Nachfrage dieselben Angaben zur Kenntnis zu bringen. Es bedarf nach dieser Untersuchung der Umsetzung dieses Vorschlags oder vielmehr zunächst der Alternative, um die Finanzierung der nachhaltigen Entwicklungsziele zu fördern und Diskriminierung sowie Wettbewerbsbeschränkungen durch Offenlegung zu verringern.
Im dritten Kapitel, das sich mit dem Gesellschaftsrecht befasst, wurde schließlich das Ziel verfolgt, Benachteiligungen von Minderheitsteilhabenden durch Offenlegung ebenfalls zu verringern und derart die Finanzierung der nachhaltigen Entwicklungsziele zu fördern. Hierzu wurden die Offenlegungspflichten des Aktiengesetzes, im Rahmen derer Verrechnungspreise zwischen Nahestehenden insbesondere zum Schutz von Minderheitsteilhabenden offenzulegen sind, untersucht und mit dem eigenen Vorschlag verglichen. Es wurden zunächst §§ 312 ff. AktG und §§ 111a bis 111c AktG untersucht. Auf der Grundlage des Untersuchungsergebnisses wurden schließlich die §§ 312 ff. AktG mit dem eigenen Vorschlag verglichen. Vorgeschlagen wird die Offenlegung des Abhängigkeitsberichts und des Prüfungsberichts der Abschlussprüferinnen und -prüfer im Anhang. Hier gilt der vorgeschlagene Geheimnisschutz ebenfalls. Die Regelung ist erforderlich. Denn dem Abhängigkeitsbericht mangelt es gegenwärtig an Effektivität. Insbesondere bestehen Bedenken gegenüber der Unabhängigkeit der Abschlussprüferinnen und -prüfer. Zudem mangelt es an der Kontrolle durch Publizität. Das Ergebnis der Untersuchung dieses Kapitels ist, dass es der Umsetzung des Vorschlags oder vielmehr zunächst seiner Alternative bedarf, um Benachteiligungen von Minderheitsteilhabenden durch Offenlegung ebenfalls zu verringern und derart die Finanzierung der nachhaltigen Entwicklungsziele zu fördern
