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Expression of Arc/Arg3.1 in GABAergic neurons and in hippocampal-septal circuits, regulates Learning, memory and stress-related disorders
No full textExcessive stress and neurodegenerative diseases are conditions in which aversive memories may become excessively strong or imprecise, resulting in a generalized feeling of fear that is no longer linked to the original environment or context of the aversive event. In extreme cases, this can lead to psychiatric disorders like post-traumatic stress disorder (PTSD) and major depression. Understanding how aversive memories are encoded and stored is thus essential for preventing and treating neuropsychological disorders. In this study, I undertook to investigate the circuits and network mechanisms underlying fear memory consolidation, stress, and depression-like behaviors. I focused on GABAergic neurons and circuits capable of expressing the activity-regulated gene Arc/Arg3.1, known for its vital role in memory consolidation. I traced Arc/Arg3.1 expression to identify brain regions and neuronal subtypes participating in fear memory consolidation and stress-evoked behaviors. I also utilized genetic deletion of the gene and optogenetic suppression to manipulate specific elements in the fear memory circuit. I performed multi-electrode in vivo recordings to investigate the consequences of Arc/Arg3.1 deletion on network activity in the circuit. I also employed a range of behavioral tests to assess memory, anxiety, and depression-like behaviors.
In the first part of this thesis, I investigated the role of the hippocampal-lateral septum circuitry in fear memory processing. I identified simultaneous upregulation of Arc/Arg3.1 in the hippocampus and the lateral septum, a GABAergic nucleus, and traced a monosynaptic projection pathway from dorsal CA1 to dorsal LS (dCA1-dLS). I injected a retrograde AAV virus encoding an inhibitory channelrhodopsin (stGtACR) bilaterally into the LS and implanted optical fibers above the dorsal dCA1, where dense expression of stGtACR was observed. The mice underwent fear conditioning and were tested in the stimulus context and a novel context 7 (recent memory) and 21 (remote memory) days later. Our results demonstrate that optical suppression of the dCA1-dLS circuit during memory acquisition or retrieval did not diminish freezing in the original context but abnormally enhanced freezing in a novel context, suggesting that this specific circuit is intimately involved in preventing memory generalization and enhancing memory specificity.
To better understand the role of Arc/Arg3.1 in the dHPC-dLS circuit, an AAV-Cre virus was bilaterally injected into dHPC or dLS in Arc/Arg3.1f/f mice. Following region-specific ablation of Arc/Arg3.1 (HPC-cKO or LS-cKO), mice were subjected to fear conditioning and memory tests. As previously shown, HPC-cKO mice showed increased freezing in the novel context in the remote memory test (Xiaoyan Gao, 2016). Interestingly, the LS-cKO mice showed excessive freezing in the novel context in the recent memory test. Together, these findings demonstrate that concurrent upregulation of Arc/Arg3.1 in the HPC and dLS modulate the precision of remote and recent contextual memory.
To investigate the impact of Arc/Arg3.1 on network activity in the dCA1-dLS circuitry, I conducted in vivo, two-site local field potential (LFP)- and unit-recordings from Arc/Arg3.1 germline KO, HPC-cKO, and LS-cKO mice. I analyzed the firing rates of individual neural subtypes and performed power spectral analysis of the regional-LFPs and their coherence as a measure of their inter-areal communication. The studies revealed alterations in oscillatory activity associated with memory consolidation processes. Specifically, reduced theta (3-5.2 Hz) and gamma (20-90 Hz) power was observed in the dCA1 of Arc/Arg3.1 germline KO mice but not of HPC-cKO and LS-cKO mice, confirming previous findings of early-life effects of Arc/Arg3.1 on hippocampal activity and indicating that an acute ablation of Arc/Arg3.1 in the adult brain no longer affects the hippocampal LFP. In contrast, the power of gamma and high-frequency (120-180 Hz) oscillations (HFO) in the dLS was markedly diminished in germline KO, HPC-cKO, and LS-cKO mice, demonstrating that constitutive Arc/Arg3.1 expression in the HPC-LS circuitry is required to maintain network activity in the dLS. Analysis of the power coherence, phase locking value, and Granger causality revealed abnormal communication from dCA1→dLS upon deletion of Arc/Arg3.1 in the LS, highlighting its importance in maintaining an appropriate information flow between the regions. Acute ablation of Arc/Arg3.1 in the hippocampus (HPC-cKO mice) reduced the firing rates of excitatory and inhibitory units in dCA1 and dLS, whereas acute dLS ablation (LS-cKO mice) increased them. My findings demonstrate a profound regulation of neuronal and network activity in the dCA1-dLS circuitry by Arc/Arg3.1 that likely underlies its impact on memory generalization.
In the second part of the thesis, I investigated the impact of Arc/Arg3.1 expression in GABAergic neurons on stress-related behavior. The inducibility of Arc/Arg3.1 by stress was investigated by exposing WT mice to physical constraints. Dramatic upregulation of Arc/Arg3.1 was observed in the LS but not in the hippocampus, suggesting a preferential induction in GABAergic neurons of this brain area. Using RNAscope technology, I localized Arc/Arg3.1 transcripts to parvalbumin-positive neurons exclusively in the thalamic reticular nucleus (TRN) and somatostatin-positive neurons in the lateral septum, TRN, and claustrum and less frequently in the hippocampus and cortex. Conditional KO of Arc/Arg3.1 in parvalbumin (PV) and somatostatin (SST) neurons were generated by breeding Arc/Arg3.1f/f mice with either PV-Cre or SST-Cre mice, respectively. In both cases, a comprehensive and cell-specific deletion of Arc/Arg3.1 was achieved. The mice underwent stress-related behavior tests, including the open field, elevated plus maze, forced swimming, and tail suspension. The PV-cKO mice showed normal behaviors in all tests. In contrast, the SST-cKO mice showed less center area exploration time in the open field test and more immobility in the forced swimming test.
In the third part, I investigated contextual and spatial memory in PV-cKO and SST-cKO mice. PV-cKO mice performed normally in the Morris water maze (MWM) learning and memory tests and during the flagged-platform re-learning test. In contrast, the SST-cKO showed normal learning in the MWM test's hidden-platform version but slower learning in the subsequent flagged-platform task, possibly indicating re-learning inflexibility. In addition, SST-cKO mice displayed impaired context discrimination in fear memory tests, similar to the deficit seen in part I following the acute deletion of Arc/Arg3.1 in the dLS. These findings suggest that Arc/Arg3.1 expression in PV neurons does not contribute to the stress-related behaviors or memory processes tested here. In comparison, Arc/Arg3.1 in the SST-positive neurons may contribute to depression-like or other stress-related disorders in mice and modulate precise fear memory consolidation.
In summary, my study breaks new ground by identifying a hippocampal-lateral septum circuit essential for modulating fear learning, memory consolidation, and memory precision. Moreover, my findings reveal how the expression of Arc/Arg3.1 in this circuit shapes local and inter-areal activity patterns required for memory consolidation. My findings in SST-cKO mice confirmed that the processing of fear memory and its precision relies on the expression of Arc/Arg3.1 in this GABAergic population of the LS. This study shed new light on the link between memory, stress, and depressive-like behavior.Übermäßiger Stress und neurodegenerative Erkrankungen sind Faktoren, bei denen aversive Erinnerungen übermäßig stark oder ungenau werden können, was zu einem allgemeinen Gefühl der Angst führt, das nicht mehr mit der ursprünglichen Umgebung oder dem Kontext des aversiven Ereignisses verbunden ist. In extremen Fällen kann dies zu psychiatrischen Störungen wie der posttraumatischen Belastungsstörung (PTBS) und schweren Depressionen führen. Zu verstehen, wie aversive Erinnerungen kodiert und gespeichert werden, ist daher für die Vorbeugung und Behandlung neuropsychologischer Störungen von entscheidender Bedeutung. In dieser Studie untersuchte ich die Schaltkreise und Netzwerkmechanismen, die der Konsolidierung von Furchtgedächtnis, Stress und depressionsähnlichen Verhaltensweisen zugrunde liegen. Ich konzentrierte mich auf GABAerge Neuronen und Schaltkreise, die in der Lage sind, das aktivitätsregulierte Gen Arc/Arg3.1 zu exprimieren, das für seine wichtige Rolle bei der Gedächtniskonsolidierung bekannt ist. Ich untersuchte die Expression von Arc/Arg3.1, um Hirnregionen und neuronale Subtypen zu identifizieren, die an der Konsolidierung des Furchtgedächtnisses und an durch Stress ausgelösten Verhaltensweisen beteiligt sind. Außerdem nutzte ich die genetische Deletion des Gens und die optogenetische Suppression, um bestimmte Komponenten des Angstgedächtnis-Schaltkreises zu manipulieren. Ich führte in-vivo-Ableitungen mit mehreren Elektroden durch, um die die Konsequenzen der Arc/Arg3.1-Deletion auf die Netzwerkaktivität zu bestimmen. Außerdem setzte ich eine Reihe von Verhaltenstests ein, um Gedächtnis, Angst und depressionsähnliche Verhaltensweisen zu untersuchen.
Im ersten Teil dieser Arbeit untersuchte ich die Rolle des Schaltkreises zwischen Hippocampus und lateralem Septum bei der Verarbeitung von Angstgedächtnis. Ich stellte eine gleichzeitige Hochregulierung von Arc/Arg3.1 im Hippocampus und im lateralen Septum, einem GABA-ergen Kern, fest und identifizierte eine monosynaptische Projektionsbahn vom dorsalen CA1 zum dorsalen LS (dCA1-dLS). Ich injizierte ein retrogrades AAV-Virus, das für ein inhibitorisches Channelrhodopsin (stGtACR) kodiert, bilateral in den LS und implantierte optische Fasern über dem dorsalen dCA1, wo eine dichte Expression von stGtACR beobachtet wurde. Die Mäuse wurden einer Furchtkonditionierung unterzogen und 7 (recent memory) und 21 (remote memory) Tage später im Konditionierungskontext und in einem neuen Kontext getestet. Meine Ergebnisse zeigen, dass die optische Suppression des dCA1-dLS-Schaltkreises während des Gedächtniserwerbs oder -abrufs das Erstarren im ursprünglichen Kontext nicht verringerte, aber das Erstarren in einem neuen Kontext abnormal verstärkte, was darauf hindeutet, dass dieser spezifische Schaltkreis eng mit der Verhinderung der Gedächtnisgeneralisierung und der Verstärkung der Gedächtnisspezifität verbunden ist. Um die Rolle von Arc/Arg3.1 im dHPC-dLS-Schaltkreis besser zu verstehen, wurde ein AAV-Cre-Virus bilateral in dHPC oder dLS von Arc/Arg3.1f/f-Mäusen injiziert. Nach der regionsspezifischen Ablation von Arc/Arg3.1 (HPC-cKO oder LS-cKO) wurden die Mäuse einer Furchtkonditionierung- und Gedächtnistests unterzogen. Wie bereits gezeigt, zeigten HPC-cKO-Mäuse erhöhtes Erstarren im neuen Kontext beim Gedächtnistest am Tag 21 (remote memory) (Xiaoyan Gao, 2016). Interessanterweise zeigten die LS-cKO-Mäuse erhöhtes Erstarren im neuen Kontext beim Gedächtnistest am Tag 7 (recent memory). Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass die gleichzeitige Hochregulierung von Arc/Arg3.1 im HPC und dLS die Präzision des Kontextgedächtnisses (sowohl recent als auch remote memory) moduliert.
Um die Auswirkungen von Arc/Arg3.1 auf die Netzwerkaktivität im dCA1-dLS-Schaltkreis zu untersuchen, habe ich in vivo lokale Feldpotentiale (LFP) und Unit-Recordings von Arc/Arg3.1 Keimbahn-KO-, HPC-cKO- und LS-cKO-Mäusen in zwei Gehirnarealen durchgeführt. Ich analysierte die Feuerungsraten der einzelnen neuronalen Subtypen und führte eine Power Spectral-Analyse der regionalen LFPs und ihrer Kohärenz als Maß für ihre interareale Kommunikation durch. Die Analysen ergaben Veränderungen in der oszillatorischen Aktivität, die mit Gedächtniskonsolidierungsprozessen verbunden sind. Insbesondere wurde eine verringerte Theta- (3-5,2 Hz) und Gamma-Power (20-90 Hz) im dCA1 von Arc/Arg3.1 Keimbahn-KO-Mäusen, nicht aber von HPC-cKO- und LS-cKO-Mäusen beobachtet. Dies bestätigt vorhergehende Befunde über die Auswirkungen von Arc/Arg3.1 auf die Aktivität des Hippocampus im frühen Lebensalter und deutet darauf hin, dass eine akute Ablation von Arc/Arg3.1 im erwachsenen Gehirn die Hippocampus-LFP nicht mehr beeinflusst. Im Gegensatz dazu war die Power von Gamma- und hochfrequenten (120-180 Hz) -Oszillationen (HFO) im dLS bei Keimbahn-KO-, HPC-cKO- und LS-cKO-Mäusen deutlich vermindert. Dies zeigt, dass die konstitutive Arc/Arg3.1-Expression im HPC-LS-Schaltkreis zur Aufrechterhaltung der Netzwerkaktivität im dLS erforderlich ist. Die Analyse der Power-Kohärenz, des Phase-Locking-Wertes und der Granger-Kausalität zeigte eine abnormale Kommunikation von dCA1→dLS nach Deletion von Arc/Arg3.1 im LS. Dies unterstreicht die Bedeutung der Arc/Arg3.1-Expression für die Aufrechterhaltung eines angemessenen Informationsflusses zwischen den Regionen. Die akute Ablation von Arc/Arg3.1 im Hippocampus (HPC-cKO-Mäuse) reduzierte die Feuerungsraten von erregenden und hemmenden Einheiten in dCA1 und dLS, während die akute dLS-Ablation (LS-cKO-Mäuse) diese erhöhte. Meine Ergebnisse zeigen eine tiefgreifende Regulierung der neuronalen und Netzwerkaktivität im dCA1-dLS-Schaltkreis durch Arc/Arg3.1, die wahrscheinlich dem Einfluss von Arc/Arg3.1 auf die Gedächtnisgeneralisierung zugrunde liegt.
Im zweiten Teil der Arbeit untersuchte ich die Auswirkungen der Arc/Arg3.1-Expression in GABAergen Neuronen auf stressbedingtes Verhalten. Die Induzierbarkeit von Arc/Arg3.1 durch Stress wurde untersucht, indem WT-Mäuse einer körperlichen Belastung ausgesetzt wurden. Eine drastische Hochregulierung von Arc/Arg3.1 wurde im LS, aber nicht im Hippocampus beobachtet, was auf eine bevorzugte Induktion in den GABAergen Neuronen dieses Hirnbereichs hindeutet. Mit Hilfe der RNAscope-Technologie lokalisierte ich Arc/Arg3.1-Transkripte in Parvalbumin-positiven Neuronen ausschließlich im thalamischen retikulären Nukleus (TRN) und in Somatostatin-positiven Neuronen im lateralen Septum, TRN und Claustrum und weniger häufig im Hippocampus und Kortex. Konditionale KO von Arc/Arg3.1 in Parvalbumin- (PV) und Somatostatin- (SST) Neuronen wurden durch Verpaarung von Arc/Arg3.1f/f-Mäusen mit PV-Cre- bzw. SST-Cre-Mäusen erzeugt. In beiden Fällen wurde eine umfassende und zellspezifische Deletion von Arc/Arg3.1 erreicht. Die Mäuse wurden stressbedingten Verhaltenstests unterzogen, darunter der offene Feldtest, das erhöhte Plus-Labyrinth, erzwungenes Schwimmen und Schwanzaufhängung. Die PV-cKO-Mäuse zeigten in allen Tests normale Verhaltensweisen. Im Gegensatz dazu verbrachten die SST-cKO-Mäuse weniger Zeit bei der Erkundung des zentralen Bereichs im offenen Feldtest und zeigten größere Immobilität im forcierten Schwimmtest.
Im dritten Teil untersuchte ich das kontextuelle und räumliche Gedächtnis bei PV-cKO- und SST-cKO-Mäusen. PV-cKO-Mäuse zeigten normale Leistungen in den MWM-Lern- und Gedächtnistests und im Test zum Wiedererlernen einer sichtbaren, markierten Plattform. Die SST-cKO-Mäuse dagegen zeigten zwar ein normales Lernen in der versteckten Version des Morris-Wasserlabyrinth-Tests, allerdings lernten sie langsamer in einer anschließenden Aufgabe eine sichtbare, markierte Plattform zu finden. Dies weist möglicherweise auf eine Inflexibilität beim Wiedererlernen hin. Darüber hinaus zeigten SST-cKO-Mäuse eine beeinträchtigte Kontextunterscheidung in Furchtgedächtnistests, ähnlich dem Defizit, das in Teil I nach akuter Deletion von Arc/Arg3.1 in der dLS beobachtet wurde. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Expression von Arc/Arg3.1 in PV-Neuronen nicht zu den hier getesteten stressbedingten Verhaltensweisen oder Gedächtnisprozessen beiträgt. Im Vergleich dazu könnte Arc/Arg3.1 in den SST-positiven Neuronen zu depressionsähnlichen oder anderen stressbedingten Störungen bei Mäusen beitragen und die Konsolidierung des präzisen Furchtgedächtnisses modulieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass meine Studie Neuland betritt, indem sie einen Schaltkreis zwischen Hippocampus und lateralem Septum identifiziert, der für die Modulation von Furchtlernen, Gedächtniskonsolidierung und die Präzision des Gedächtnisses wesentlich ist. Außerdem zeigen meine Ergebnisse, wie die Expression von Arc/Arg3.1 in diesem Schaltkreis lokale und interareale Aktivitätsmuster formt, die für die Gedächtniskonsolidierung erforderlich sind. Meine Ergebnisse in SST-cKO-Mäusen bestätigten, dass die Verarbeitung von Furchtgedächtnis und die Präzision des Gedächtnisses von der Expression von Arc/Arg3.1 in dieser GABAergen Population des LS abhängt. Meine Studie wirft ein neues Licht auf den Zusammenhang zwischen Gedächtnis, Stress und depressionsähnlichem Verhalten
Vergleich und Charakterisierung von Transkatheter Aortenklappenprothesen mit Fokus auf hämodynamische Parameter in Abhängigkeit des Designs und der Klappengröße
No full textBei der Aortenklappenstenose handelt es sich um eine Volkskrankheit, deren Bedeutung vor allem mit steigendem Patientenalter zunimmt. Das TAVI-Verfahren stellt hier eine adäquate Behandlungsmöglichkeit dar. Mittlerweile gibt es diesbezüglich eine Vielzahl an TAVI-Klappen mit unterschiedlichen Spezifikationen. So unterscheiden sich die Implantate in Bezug auf die verwendete Implantatgröße, das verwendete Klappendesign und den verwendeten Zugangsweg. Im Rahmen der Promotion soll untersucht werden, inwiefern sich diese Parameter auf die Hämodynamik und das Outcome generell auswirken. Es wurden nach Anwendung der Ausschlusskriterien 1346 Patienten in die Untersuchung eingeschlossen. Die Patientendaten wurden in die Datenbank eingepflegt und im Weiteren hinsichtlich der oben genannten Fragestellung ausgewertet. Es zeigte sich, dass kleine Implantate häufiger bei Frauen implantiert wurden, während große Implantate überwiegend bei Männern implantiert wurden. Hier zeigten sich signifikante Unterschiede im Vorhandensein von Komorbiditäten zwischen den Gruppen. Ferner zeigten sich bei den kleinen Implantaten die höchsten Gradienten und die kleinste Klappenöffnungsfläche. Bezüglich des Klappendesigns ergab sich, die hämodynamischen Parameter und das PPM betreffend, eine Überlegenheit der supra-annulären Implantate gegenüber den intra-annulären und den infra-annulären Implantaten. Eine Auswirkung auf das Gesamtüberleben konnte hier nicht nachgewiesen werden. Die unterschiedliche Verteilung von Komorbiditäten zwischen den verschiedenen Gruppen ließ sich am ehesten auf geschlechtsspezifische Unterschiede zurückführen. Die vorliegende Tendenz, dass kleine Klappen höhere Gradienten aufweisen, bestätigte sich beim Vergleich mit der vorliegenden Literatur.
Bezüglich des Klappendesigns zeigte sich eine Diskrepanz zwischen erwartetem und untersuchtem Ergebnis. Hier konnte einerseits die Verwendung des transapikalen Zugangsweges und andererseits die Verwendung der Symetis Acurate TA mit nur marginalem supra-annulären Klappenspiel als Störfaktoren detektiert werden. Von einer noch ausgeprägteren Überlegenheit der supra-annulären Implantate, die Hämodynamik betreffend, wäre nach Extrahierung der Störfaktoren auszugehen. Die Studie ist limitiert durch eine fehlende KÖF in 25% der Fälle
The Diachronic Development of the Dǝggʷā: A Study of Texts and Manuscripts of Selected Ethiopic Antiphon Collections
No full textThe central aim of the present dissertation is to advance the knowledge about the diachronic development of the corpus of Dǝggʷā-type antiphons as transmitted in manuscript and printed form within the Ethiopic written culture. The dissertation opens with an introduction to the topic, drawing on previous research (Chapter 1), and a detailed presentation of a corpus consisting of forty-seven manuscripts and two printed editions, dating from between pre-mid-fourteenth-century times and the twentieth century, and comprising all but one of the known pre-seventeenth-century manuscripts (Chapter 2). Then follow three studies in which different aspects of the development of Dǝggʷā-type antiphon collections are addressed: developments on the textual level (Chapter 3), developments in the mise en texte (Chapter 4), and developments in one of the systems for musical categorisation used indigenously for classifying Dǝggʷā-type antiphons (Chapter 5). The dissertation ends with a brief summary of the results and an outlook on related topics that remain to be studied (Chapter 6)
Development of Multi-Alkali Antimonide Photocathodes for High-Brightness RF Photoinjectors
No full textMulti-alkali antimonide photocathodes can have high quantum efficiency similar to UV-sensitive Cs2Te photocathodes, but with the advantages of photoemission sensitivity in the green wavelength and a significant reduction in the mean transverse energy of the photoelectrons. To explore their feasibility for use in a high-gradient RF gun, DESY collaborated with INFN LASA to develop multi-alkali photocathode materials. This dissertation provides detailed insights into the fabrication recipes of various alkali antimonide photocathodes, including K-Cs-Sb, Na-K-Sb, and Na-K-Sb-Cs photocathodes, all of which were grown on a Mo substrate. This thesis also provides information regarding film thickness, substrate temperature, deposition rate, and their possible effects on the photocathode’s properties. In addition, the influence of temperature on the cathode degradation is also summarized. Moreover, this report presents a summary of the test results obtained from the K-Cs-Sb cathodes inside the high-gradient RF gun at PITZ.
Furthermore, within the framework of density functional theory (DFT), the dissertation explores the electronic and optical properties of materials like K3Sb, K2CsSb, and Na2KSb. The optical properties, including the dielectric function, reflectivity, refractive index, and extinction coefficient, were evaluated. The correlation between the simulated and measured optical properties, such as reflectivity, provides a more efficient strategy for rationalizing and understanding the properties of photoemissive materials. This further helps to improve the cathode recipe. This dissertation also outlines such correlations between experimental and simulation results for the aforementioned photoemissive films. This study represents a step forward in the development of multi-alkali photocathodes for high-charge RF photoinjector applications, providing a valuable characterization of K-Cs-Sb photocathode performance.Multi-Alkali-Antimonid-Photokathoden können eine hohe Quanteneffizienz ähnlich wie UV-empfindliche Cs2Te-Photokathoden haben, jedoch mit den Vorteilen einer Photoemissionsempfindlichkeit im grünen Wellenlängenbereich und einer signifikanten Reduktion der mittleren transversalen Energie der Photoelektronen. Um ihre Machbarkeit für den Einsatz in einer Hochgradienten-RF-Kanone zu untersuchen, arbeitete DESY zusammen mit INFN LASA bewertet, um Multialkali-Photokathodenmaterialien zu entwickeln. Diese Dissertation bietet detaillierte Einblicke in die Herstellungsrezepte verschiedener Alkali-Antimonid-Photokathoden, einschließlich K-Cs-Sb, Na-K-Sb und Na-K-Sb-Cs Photokathoden, die alle auf einem Mo-Substrat gewachsen sind. Diese Arbeit liefert auch Informationen über die Filmdicke, die Substrattemperatur, die Abscheiderate und deren mögliche Auswirkungen auf die Eigenschaften der Photokathode. Darüber hinaus wird auch der Einfluss der Temperatur auf die Verschlechterung der Kathodeneigenschaften zusammengefasst. Ferner präsentiert dieser Bericht eine Zusammenfassung der Testergebnisse, die mit den KCsSb-Kathoden in der Hochgradienten-RF-Kanone bei PITZ erhalten wurden.
Darüber hinaus untersucht die Dissertation im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie (DFT) die elektronischen und optischen Eigenschaften von Materialien wie K3Sb, K2CsSb und Na2KSb. Die optischen Eigenschaften, einschließlich der dielektrischen Funktion, Reflexivität, Brechungsindex und Extinktionskoeffizient, wurden bewertet. Die Korrelation zwischen den simulierten und gemessenen optischen Eigenschaften, wie der Reflexivität, bietet eine effizientere Strategie zur Bewertung und zum Verständnis der Eigenschaften von photoemissiven Materialien. Dies trägt weiterhin zur Verbesserung der Ablauf bei der Herstellung von Methoden bei. Diese Dissertation skizziert auch Korrelationen zwischen experimentellen und Simulationsergebnissen für die genannten photoemissiven Filme. Diese Studie stellt einen Fortschritt in der Entwicklung von Multialkali-Photokathoden für Hochladungs-RF-Photoinjektoranwendungen dar und liefert eine wertvolle Charakterisierung der Leistung von K-Cs-Sb-Photokathoden
Properties and dynamics of excited charge carriers in colloidal nanocrystals studied via optical and terahertz pump-probe spectroscopy
No full textColloidal nanocrystals are extensively studied for their unique, size-dependent optical and electronic properties, enabling possible applications in photocatalysis, solar cells or light-emitting devices as well as providing a platform for studying fundamental physical phenomena such as light-matter coupling or superfluorescence. The optical properties of metal nanoparticles are dictated by the localized surface plasmon resonance, a collective vibration of the conduction band electrons, that falls into the optical frequency region for gold. Research on gold nanoparticles focuses on the utilization of highly excited electrons that are generated during the dephasing of the plasmon oscillation. Semiconducting nanocrystals have recently attracted the attention of a wider public, since the Nobel Prize in Chemistry in 2023 was devoted to research on their size-tunable band gap. Material parameters such as size, shape and composition have a significant effect on the optical and electronic properties of excited charge carriers. Therefore, with smart design, multicomponent nanocrystals can be tailored for specific functions, such as efficient charge separation for photocatalytic applications or efficient charge recombination for light-emitting devices. Ultrafast lasers allow to study the properties and dynamics of optically excited charge carriers via various pump-probe spectroscopic methods and hence help to make smart design choices for optimizing nanocrystals towards the various applications. This thesis aims to contribute to the understanding of how the nanocrystal’s material parameters like size, shape, crystallinity or surface chemistry alter the dynamics of optically excited carriers. To do so, both metal and semiconductor nanocrystals as well as hybrid nanostructures that combine the properties of multiple components were studied via optical-pump-optical-probe (transient absorption) and optical-pump-terahertz-probe spectroscopy.
Employing transient absorption spectroscopy, it could be shown that in gold nanoparticles, the electron-phonon coupling constant is a size-dependent quantity. However, the size dependency can only be observed in monocrystalline particles, as in polycrystalline particles, it is blurred due to efficient electron-surface scattering at internal grain boundaries. In a second study, it has been shown that in order to enable strong optical interaction of gold nanoparticles with dyes, carefully designing the dye and applying it to the nanoparticle’s surface is crucial.
In a project focusing on semiconductor nanocrystals, the charge carrier localization in spherical and elongated CdSe-CdS core-shell nanocrystals was compared. Employing a combination of transient absorption and optical-pump-terahertz-probe spectroscopy, it could be shown that shell-excited carriers are mobile in elongated particles for hundreds of picoseconds, whereas they quickly form bound electron-hole pairs in spherical particles. Furthermore, hybrid semiconductor-metal nanoparticles were studied for their photocatalytic hydrogen generation, whereby it was shown that ionic electron donating agents scavenge holes from the photocatalyst faster than alcoholic ones due to their enhanced surface activity, thereby enabling fast charge carrier dynamics and efficient hydrogen generation.
Finally, in a technical study on optical-pump-terahertz-probe spectroscopy, spectral distortions in the acquired data caused by too small pump beam spot sizes were discussed. A plain model was set up to account for such distortions and different experimental implementations were compared
Of Discussions, Beliefs, and Algorithms: Essays in Experimental Economics
No full textThis dissertation contains three empirical essays. The first essay examines the effects of a debating process prior to a collective decision. We conduct a lab-in-the-field experiment with school minors in Germany. We randomly assign some of them to discuss via chat how much they want to donate to a charity supporting incoming refugee minors. In our study, the pre-vote debate leads to higher donations. It does not directly affect trust among discussants, but subjects who are perceived as refugee-friendly after the discussion benefit from increased trust from their chat partners.
The second essay addresses belief formation and asks how breaking a social norm affects what people think others would do in the same situation. To study this question, I employ an online experiment with a representative sample of the UK’s general population exposing subjects to either a high or a low temptation to lie. I find that subjects in the tempting environment lie more and, importantly, hold more pessimistic beliefs about what others would do in the same situation. I also include additional treatments in order to argue that the observed effects are not driven by rational expectations. The study provides causal evidence that breaking a social norm leads to strategic belief distortion about other people’s behavior in order to maintain a positive self-image.
The third essay studies a situation in which a human decision-maker is assisted by an algorithm. We conduct an online experiment with US participants who repeatedly perform an estimation task while receiving (largely biased) recommendations from an algorithm. We analyze two interventions and ask whether they can help humans to assess the quality of algorithmic advice. First, we find that explaining the functioning of the algorithm in abstract terms reduces adherence to algorithmic advice, but it does not improve decisionmaking performance. Second, disclosing the correct answer after each round reduces adherence to algorithmic advice and improves human decision-making performance. While existing literature suggests that people abandon algorithms after seeing them err, this is not confirmed in our setting. This is likely because in our setting people can comprehend the reasons why some of the algorithmic predictions are inaccurate. Jointly, the three essays provide insights into (behavioral) economic concepts of trust, generosity, belief formation, and advice taking through the lens of experimental methods
Automatizität in Engineered Heart Tissue
No full textIn dieser Arbeit wurde dem Ursprung der Automatizität von Kardiomyozyten, welche von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC-CM) abgeleitet und als artifizielles Herzgewebe (EHT) kultiviert wurden, nachgegangen. Das spontane Schlagen der EHTs stellt einen zentralen Unterschied zu ventrikulärem Myokard dar und könnte die Einsatzgebiete der EHTs erheblich limitieren. In der Literatur wurden erniedrigte Konzentrationen des sarkoplasmatischen Calsequestrin in hiPSC-CM nachgewiesen, welches als Kalziumpufferprotein die Kalziumfreisetzung und damit einen zentralen Mechanismus der spontanen Erregung im adulten Myokard hemmt. Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe ergaben deutlich erniedrigte mRNA Werte für Calsequestrin in hiPSC-CM im Vergleich zu ventrikulärem Myokard. Daher untersuchten wir den Effekt einer Calsequestrin-Überexpression in hiPSC-CM auf ihre spontane Schlagfrequenz.
Eine Adenovirus-assoziierte Virus (AAV)-vermittelte Calsequestrin-Überexpression war auf Proteinebene erfolgreich. Allerdings konnte in den funktionellen Versuchen der EHTs kein negativ chronotroper Effekt nachgewiesen werden. Eher zeigte sich eine höhere Frequenz im Vergleich zu den Kontrollen. Auch ein alternatives AAV-Konstrukt, welches potentielle Fehlerquellen vermeiden sollte, lieferte ähnliche Ergebnisse – keine reduzierte Spontanfrequenz nach Calsequestrin- Überexpression. Die unveränderte Form der Aktionspotentiale erhärtete den Verdacht, dass die Calsequestrin-Überexpression keinen wesentlichen Effekt auf die elektrophysiologischen Eigenschaften der EHTs hatte.
Um der Genese der Automatizität weiter auf den Grund zu gehen wurde der Einfluss diverser Pharmaka auf die spontane Schlagfrequenz untersucht. Hemmung des Natrium-Kalzium-Austauschers mittels SEA0400 reduzierte die Aktionspotentialdauer, das spontane Schlagverhalten der EHTs blieb jedoch unverändert. Eine Erhöhung der Kaliumleitfähigkeit durch den Stimulator ATP-abhängiger Kaliumkanäle Cromakalim konnte die spontane Frequenz signifikant reduzieren, sodass die Spontanaktivität fast aller EHTs sistierte. Dabei blieb das maximale diastolische Potential unverändert. Eine Stimulation von muskarinergen Rezeptoren durch Carbachol zeigte einen signifikanten negativ chronotropen Effekt, welcher aber ebenfalls nicht über eine weitere Negativierung des maximal diastolischen Potentials vermittelt wurde. Da die Aktionspotentialdauer nicht verkürzt wurde, ist der Effekt nicht über den Acetylcholin-abhängigen Kaliumkanal vermittelt. Ivabradin hatte einen starken dosisabhängigen Effekt mit Reduktion der Spontanfrequenz. Dabei konnte die Spontanaktivität nahezu vollständig unterdrückt werden.
Zusammenfassend lässt dich die Automatizität im Wesentlichen auf den If zurückführen. Durch Ivabradin fällt der depolarisierende If weg. Durch Cromakalim wird der depolarisierende If kompensiert. Carbachol sorgt für weniger If, ohne dabei auf die Acetylcholin-abhängige Kaliumleitfähigkeit Einfluss zu nehmen. Die beobachteten Aktionspotentialcharakteristika lassen sich am ehesten Zellen niederer Schrittmacherzentren des Herzens wie den Purkinje Fasern zuordnen
Analyse der endoskopischen Vakuumtherapie und nachfolgender Spülkathetertherapie zur Behandlung der Anastomoseninsuffizienzen in der kolorektalen Chirurgie
No full textIn dieser Arbeit wurden die zwei Behandlungsoptionen endoskopische Vakuumtherapie sowie transanale Spültherapie zur Behandlung der Anastomoseninsuffizienz detalliert beschrieben und analysiert, ob die Kombinationstherapie die Heilungschancen verbessern kann