Gutenberg Open Science (Univ. Mainz)
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Systemische Charakterisierung okulärer Manifestationen der Mukopolysaccharidosen am vorderen Augenabschnitt
Get PDFV, 112 Seiten ; Illustrationen, Diagramm
Long-term changes in the thermodynamic structure of the lowermost stratosphere inferred from reanalysis data
No full textThe lowermost stratosphere (LMS) plays an important role in stratosphere–troposphere coupling and the Earth's radiation balance. This study investigates the effects of long-term changes in the tropopause and the lower-stratospheric isentropic structure on the mass of the LMS. We compare five modern reanalyses: ERA5, ERA-Interim, MERRA-2, JRA-55 and JRA-3Q. The focus is on changes after 1998, which marks the anticipated beginning of stratospheric ozone recovery. The trend analysis is performed with a dynamic linear regression model (DLM), capable of modeling non-linear trends. According to our study, isentropic pressure in the lower stratosphere (here 380–430 K) shows negative trends in the tropics and positive trends in the extratropics. In the Northern Hemisphere (NH), we find that the extratropical tropopause is rising, accompanied by decreasing pressure at an average rate of −1 hPa per decade. Additionally, our results indicate that the tropical tropopause in the NH has expanded poleward by 0.5° latitude between 1998–2019. In the Southern Hemisphere (SH) extratropics, the lapse rate tropopause shows a downward tendency of up to +2 hPa per decade after 1998, consistent across all reanalyses except JRA-3Q. The tropical tropopause and the cold point is rising, accompanied by decreasing pressure at a rate of ca. −0.5 hPa per decade in all reanalyses. The sign of the tropical tropopause potential temperature trends, however, differs across the reanalyses. This can be attributed to contrasting (absolute) temperature trends in the tropical tropopause region, such as at the 100 hPa pressure level. Consistent with the upward and poleward trend of the NH tropopause, the mass of the LMS decreases by 2 %–3 % for 1998–2019 if a fixed isentrope (380 K) is chosen as the upper LMS boundary. In ERA5, as well as MERRA-2 and ERA-Interim, this mass decline disappears if dynamical upper LMS boundaries are used that take the upward trends of the tropical tropopause into account
Characterization of cell-type specific knockout of different elements of the endocannabinoid system in cortical glutamatergic neurons in the context of stress-induced behavioral phenotype
No full textBackground
Chronic stress is an important factor for the development of mental health impairments, such as depression and generalized anxiety disorder. Chronic social defeat (CSD) stress is an ethologically valid model of chronic stress in rodents, combining elements of psychological and physical stress. The endocannabinoid (eCB) system plays important roles in maintaining the homeostasis of biological systems through the tuning of neuronal excitability, thereby mediating a protective role after prolonged stress exposure.
Methods
In the present study, we investigated genetically modified adult male mice where the eCB signal via anandamide (AEA) was reduced (by deletion of the AEA synthesizing enzyme NAPE-PLD) or enhanced (by deletion of the AEA degradation enzyme FAAH), as well as mice lacking the cannabinoid CB1 receptor. These genetic manipulations were induced in glutamatergic neurons of the dorsal telencephalon. After the application of CSD stress, the phenotypes of these mutant mice were investigated in a battery of behavioral tests assessing sociability, anxiety, memory, shelter-seeking behavior, and despair.
Results
We could confirm a robust anxiogenic effect of CSD in the EPM test. Interestingly, we have not observed a stress effect on the sociability of any of the mouse lines as identified in the SI test. Under non-stress conditions, we observed an anxiogenic phenotype in Glu-CB1-KO and Nex-NAPE-PLD KO, and hyperlocomotion in Nex-FAAH KO mice. Additionally, we could confirm a drastic reduction of FAAH protein levels in cortical and subcortical regions of Nex-FAAH line, and a moderate reduction of NAPE-PLD protein in cortical regions of Nex-NAPE-PLD KO mice.
Conclusions
In conclusion, genetic manipulation of the endocannabinoid system in cortical glutamatergic neurons did not result in persistent effects of prolonged stress exposure. Detected differences between the genotypes in the non-stressed groups points toward baseline differences that could mask or over-power the effect of stress
Pilotstudie zur Verwendung eines Tritube® bei der Perkutanen Dilatationstracheotomie
No full textIV, 75 Seiten ; Illustratione
Polyneuritis cranialis following actinomycosis of a wisdom tooth : a case report
No full textBackground
Polyneuritis cranialis is a rare condition than can be caused by various diseases. We report the first case of multiple cranial nerve paralysis resulting in neurotrophic keratopathy with corneal ulceration as a sequel of polyneuritis cranialis due to actinomycosis.
Case presentation
An 84-year-old German woman developed corneal ulceration with a high risk of perforation because of neurotrophic keratopathy due to polyneuritis cranialis. Actinomycosis of a wisdom tooth causing polyneuritis cranialis was detected on computed tomography and magnetic resonance imaging and was treated with systemic antibiotics. Penetrating keratoplasty with simultaneous amniotic membrane transplantation was performed successfully after conservative treatment failure.
Conclusions
To the best of our knowledge, we report on the first case of multiple cranial nerve failure due to actinomycosis and requiring ophthalmological intervention
Tensor networks and large-scale eigenvalue problems
No full textThe present thesis is concerned with the numerical solution of large-scale eigenvalue problems via methods based on tensor networks. We address the computation of an eigenvector associated with the minimal eigenvalue of a Hamilton operator modeling a quantum mechanical many-particle spin system. If d denotes the number of particles and q the number of degrees of freedom for each particle, then the size of this symmetric eigenvalue problem scales exponentially in d to the base q. A well-known strategy with regard to the numerical treatment is to reshape those components of a method whose size scales exponentially into a tensor, i.e. a higher-dimensional array of numbers. This opens up the possibility of representation in a low-rank tensor format with non-exponentially growing ranks. In this way, a numerical method may be formulated by means of tensor networks which are a convenient tool when working with low-rank tensor formats. Our focus is on the q-XYZ and the q-Potts model. We introduce sets of vectors with a certain sparsity pattern whose definition is based on the q-ary representation of the indices of the potential nonzero entries. We show that for each eigenspace of a Hamilton operator of the q-XYZ or q-Potts model, there exists an orthonormal basis all of whose elements have a sparsity pattern suitable for the model. Moreover we show that for the q-XYZ model, the characterization of the sparsity pattern depends on the coupling parameters determining the Hamilton operator. We consider the hierarchical Tucker format and the tensor train format and describe how to represent the given Hamilton operators in these formats. In order to solve the eigenvalue problem numerically, we employ on the one hand the locally optimal conjugate gradient method expressed in the hierarchical Tucker format and on the other hand the modified alternating linear scheme, also called density matrix renormalization group, built on the representation in the tensor train format. A key aspect of this thesis is the construction of an initial guess for a numerical eigensolver. We propose a strategy which utilizes information about the relation of solutions for two different small problem sizes to construct an approximation of a solution for the original large problem which then may be used as an initial guess in an iterative method. This particular way of construction is enabled by the specific sparsity patterns of the eigenvectors and we show that the result of the construction has a sparsity pattern suitable for an eigenvector as well. In this context we discuss for the q-XYZ model two alternative construction strategies depending on the coupling parameters. We explain how to carry out the construction of the initial guess in the hierarchical Tucker format and in the tensor train format and that the ranks of the initial guess are independent of d or scale only linearly in d. To demonstrate the effect of our contribution on the computational cost, we conduct extensive numerical tests. We compare the constructed initial guesses with random initial guesses in terms of an acceleration of the methods.Die vorliegende Arbeit behandelt die numerische Lösung von groß-skaligen Eigenwertproblemen durch Methoden, welche auf Tensornetzwerken basieren. Wir beschäftigen uns mit der Bestimmung eines Eigenvektors zum minimalen Eigenwert eines Hamilton-Operators, der ein quantenmechanisches Vielteilchen-Spinsystem modelliert. Wenn d die Anzahl der Teilchen und q die Anzahl der Freiheitsgrade für jedes Teilchen beschreibt, skaliert die Größe dieses symmetrischen Eigenwertproblems exponentiell in d zur Basis q. Im Hinblick auf die numerische Behandlung ist es eine wohlbekannte Strategie, diejenigen Komponenten eines Verfahrens, deren Größe exponentiell skaliert, jeweils in einen Tensor, das heißt in ein höherdimensionales Zahlenfeld, umzusortieren. Dies eröffnet die Möglichkeit der Darstellung in einem Niedrigrang-Tensorformat mit nicht exponentiell wachsenden Rängen. Auf diese Art und Weise kann ein numerisches Verfahren mithilfe von Tensornetzwerken, die ein praktisches Werkzeug sind, um mit Niedrigrang-Tensorformaten zu arbeiten, formuliert werden. Unser Fokus liegt auf dem q-XYZ- und dem q-Potts-Modell. Wir führen Mengen von Vektoren mit einer gewissen Besetzungsstruktur ein, deren Definition auf der q-nären Darstellung der Indizes der potenziellen Nicht-Null-Einträge beruht. Wir zeigen, dass für jeden Eigenraum eines Hamilton-Operators des q-XYZ- oder q-Potts-Modells eine Orthonormalbasis existiert, deren Elemente alle eine zum Modell passende Besetzungsstruktur haben. Zudem zeigen wir, dass für das q-XYZ-Modell die Charakterisierung der möglichen Besetzungsstrukturen von der Wahl der den Hamilton-Operator festlegenden Kopplungsparameter abhängt. Wir betrachten das hierarchische Tucker-Format und das Tensor-Train-Format und beschreiben, wie sich die vorliegenden Hamilton-Operatoren in diesen Formaten darstellen lassen. Zur numerischen Lösung des Eigenwertproblems ziehen wir zum einen das lokal optimale konjugierte-Gradienten-Verfahren in einer Formulierung im hierarchischen Tucker-Format und zum anderen das modifizierte alternierende lineare Schema, auch Dichtematrix-Renormierungsgruppe genannt, das auf der Darstellung im Tensor-Train-Format aufbaut, heran. Einen Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Konstruktion einer Startlösung für einen numerischen Eigenlöser. Wir schlagen eine Strategie vor, die Informationen über die Beziehung von Lösungen für zwei verschiedene kleine Problemgrößen nutzt, um daraus eine Approximation einer Lösung für das ursprüngliche große Problem zu konstruieren, welche dann als Startlösung in einem iterativen Verfahren verwendet werden kann. Die konkrete Art und Weise dieser Konstruktion wird einerseits durch die speziellen Besetzungsstrukturen der Eigenvektoren ermöglicht, andererseits zeigen wir, dass das Resultat der Konstruktion eine zu den Eigenvektoren passende Besetzungsstruktur hat. In diesem Zusammenhang diskutieren wir für das q-XYZ-Modell zwei alternative Konstruktionsstrategien in Abhängigkeit der Kopplungsparameter. Wir erklären, wie sich die Konstruktion der Startlösung im hierarchischen Tucker-Format und im Tensor-Train-Format durchführen lässt und dass die Ränge der Startlösung unabhängig von d sind oder nur linear in d skalieren. Um den Effekt unseres Beitrags auf die Laufzeitkosten zu demonstrieren, führen wir umfangreiche numerische Tests durch. Dabei vergleichen wir die konstruierten Startlösungen mit zufällig gewählten Startlösungen hinsichtlich einer Beschleunigung der Verfahren.x, 193 Seiten ; Diagramm
The effects of land use and nutritional state on the behaviour, physiology and health of honey bees
No full textIn den letzten Jahrzehnten haben anthropogene Aktivitäten zu einem erheblichen Verlust und einer Fragmentierung von Lebensräumen geführt, was die Qualität der Nahrungsräume und die Ernährungsgrundlage zahlreicher Tierarten, einschließlich Bestäuber wie der Honigbiene (Apis mellifera), maßgeblich beeinflusst hat. Diese Dissertation konzentriert sich auf die Honigbiene als Modellorganismus eines sozialen Insekts, um zu untersuchen, wie Landnutzung, Futtermangel und Nahrungsreserven das Verhalten, die Morphologie und die Physiologie von Honigbienen beeinflussen. Das Überleben und die Gesundheit von Honigbienenvölkern hängen von ausreichenden Honigvorräten ab. Diese Vorräte sind entscheidend, um das Volk in Zeiten von Nahrungsmangel zu unterstützen, die kontinuierliche Brutaufzucht zu ermöglichen und die allgemeine Stabilität sowie Produktivität aufrechtzuerhalten. In Kapitel 1 untersuchten wir, ob die Honigreserven die Schwänzeltanz Kommunikation und die individuelle Gesundheit beeinflussen, indem wir die Honigvorräte in Beobachtungsvölkern manipulierten. Die Studie zeigte, dass die Anzahl Schwänzeltänze zunimmt, wenn Honigbienen wenig Honig haben. Darüber hinaus wiesen Völker mit wenig Honig eine erhöhte Expression des Defensin-1 Gens auf, einem wichtigen Indikator für das Überleben von Bienenvölkern im Winter. Diese Ergebnisse zeigen, dass interner Futterstress die Schwänzeltanz Kommunikation und die Gesundheit von Honigbienen beeinflusst. In Kapitel 2 wurde der Einfluss der Landschaftszusammensetzung und der Jahreszeit auf die Physiologie und Morphologie von Honigbienen untersucht. Honigbienen wurden während mehrerer Monate in landwirtschaftlichen, urbanen und gemischten Lebensräumen im Südwesten Deutschlands gesammelt. Die Studie zeigte, dass Honigbienen in städtischen und gemischten Lebensräumen im Sommer kleiner waren, stärkeren Flügelverschleiß aufwiesen, aber mehr Fett speicherten als Bienen in landwirtschaftlichen Gebieten. Mit dem Herannahen des Herbstes verringerte sich der Fettvorrat der Bienen in städtischen und gemischten Gebieten ebenfalls. Diese Ergebnisse zeigen, dass Honigbienen morphologische und physiologische Veränderungen als Reaktion auf die Landnutzung und saisonale Schwankungen durchlaufen, was ihr Sammelverhalten und ihr Überleben im Winter beeinflussen könnte. In Kapitel 3 untersuchten wir weiter, wie Honigbienen ihre Kommunikationsstrategien als Reaktion auf Veränderungen in der Landnutzung anpassen. Wir analysierten 17 Honigbienenvölker entlang eines ländlich-städtischen Gradienten im Südwesten Englands, wobei wir das Gesamtgewicht der Völker und zentrale Merkmale der Schwänzeltanz Kommunikation im Sommer und Herbst mithilfe eines neuartigen maschinellen Lernalgorithmus zur automatisierten Tanzdekodierung aufzeichneten. Wir stellten fest, dass im Herbst, wenn die Völker an Gewicht zunahmen, die Tänze 47 % mehr Nachtänzerinnen hatten als im Sommer. Außerdem beobachteten wir einen positiven Zusammenhang zwischen Gewichtszunahme und sowohl der Häufigkeit als auch der Intensität der Schwänzeltänze. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Umweltbedingungen rund um die Honigbienenvölker eine entscheidende Rolle auf das Kommunikationsverhalten und den allgemeinen Ernährungszustand des Volkes spielen. Zusammenfassend erweitert diese Dissertation unser Verständnis darüber, wie sowohl die intern als auch extern bedingten Nahrungsmittelverhältnisse entscheidend für das Verhalten, die Physiologie und damit die Gesundheit und das Überleben der Kolonie sind. Unsere Ergebnisse zeigen, dass gezielte Maßnahmen, wie die Ausweitung halbnatürlicher Lebensräume, das Anpflanzen einer Vielzahl von bestäuberfreundlichen Pflanzenarten und die Förderung ökologischer Anbaumethoden, Honigbienenvölker unterstützen können. Der Einsatz von automatisierter Tanzdekodierung und maschinellem Lernen zur Untersuchung der Sammelmuster von Honigbienen hat sich als vorteilhaft erwiesen und sollte weiter genutzt werden. Diese Werkzeuge ermöglichen die Erfassung und Analyse ökologisch relevanter Daten in größerem Maßstab und tragen zu einem besseren Verständnis der Bienengesundheit und der Nachhaltigkeit der Völker in sich verändernden Landschaften bei.Human activities have led to a widespread loss and fragmentation of habitats in recent decades, impacting the foraging habitat quality and nutritional landscape of various animals, including pollinators such as the honey bee (Apis mellifera). This thesis focuses on the honey bee as a social insect model to investigate how land use, nutritional stress, and food stores affect honey bee behaviour, morphology, and physiology. The survival and health of honey bee colonies rely on the presence of sufficient honey stores. These stores are crucial in supporting the colony during periods of food scarcity, sustaining continuous brood rearing, and maintaining overall stability and productivity. In Chapter 1, we explored whether the food stores affect waggle dance communication, an important communication behaviour in honey bees, and bee health by manipulating the honey storage in observation hives. The study revealed that the number of waggle dances increases when honey bees were deprived of honey. Additionally, honey-starved colonies exhibited higher expression of the defensin 1 gene, an important indicator of overwinter survival. These findings demonstrate that internal nutritional stress affects waggle dance communication and honey bee health. In Chapter 2, the influence of landscape composition and the time of year on honey bee body condition was explored. Honey bees were sampled in agricultural, urban, and mixed habitats throughout a foraging season in southwest Germany. The study revealed that honey bees in urban and mixed habitats were smaller during summer, exhibited greater wing wear, but stored more fat compared to bees in agricultural areas. As autumn approached, bees in urban and mixed areas also experienced a decrease in fat stores. These findings demonstrate that honey bees undergo morphological and physiological changes in response to land use and seasonal variations, which could impact their foraging behaviour and winter survival. In Chapter 3, we further explored how honey bees adjust their communication strategies in response to changes in land use. We studied 17 honey bee colonies across a rural-urban gradient in southwest England, recording the overall weight of the colonies and key features of waggle dance communication during summer and autumn using a novel machine-learning algorithm to automate dance decoding. We found that in autumn when colonies gained weight, dances had 47% more followers than in summer. Additionally, we observed a positive relationship between weight gain and both the frequency and intensity of waggle dances. Our findings suggest that environmental conditions surrounding honey bee colonies play a critical role in shaping their communicative behaviour and the overall nutritional state of the colony. In summary, this dissertation expands our understanding of how both the hive-internal and -external nutritional conditions are vital for bee behaviour, physiology and, therefore, colony health and survival. Our findings indicate that targeted actions can support honey bee colonies, such as expanding semi-natural habitats, planting a variety of pollinator-friendly species, and encouraging organic farming methods. The use of automated dance decoding and machine learning in studying honey bee foraging patterns has proven to be beneficial and should be further utilized. These tools enable the collection and analysis of ecologically relevant data on a larger scale, contributing to a better understanding of honey bee health and colony sustainability in changing landscapes.v, 136 Seiten ; Illustrationen, Diagramm
Chiral-induced unidirectional spin-to-charge conversion
No full textThe observation of spin-dependent transmission of electrons through chiral molecules has led to the discovery of chiral-induced spin selectivity (CISS). The remarkably high efficiency of the spin polarizing effect has recently gained substantial interest due to the high potential for future sustainable hybrid chiral molecule magnetic applications. However, the fundamental mechanisms underlying the chiral-induced phenomena remain to be understood fully. In this work, we explore the impact of chirality on spin angular momentum in hybrid metal/chiral molecule thin-film heterostructures. For this, we inject a pure spin current via spin pumping and investigate the spin-to-charge conversion at the hybrid chiral interface. Notably, we observe a chiral-induced unidirectionality in the conversion. Furthermore, angle-dependent measurements reveal that the spin selectivity is maximum when the spin angular momentum is aligned with the molecular chiral axis. Our findings validate the central role of spin angular momentu
Charakterisierung der vasoprotektiven Effekte von anorganischem Nitrit in isolierten Aortenringen unter oxidativen Bedingungen und Untersuchungen zur Rolle des Mikrobioms für die Bioaktivierung von Nitrit in keimfreien Mäusen
Get PDFXXIV, 106 Seiten ; Illustrationen, Diagramm
Die Haarcortisolkonzentration während der Coronapandemie bei Verkehrsunfallopfern
Get PDFIII, 75 Seiten ; Illustrationen, Diagramm