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Stable isotope analyses (δ15N, δ34S, δ13C) locate early rye cultivation in northern Europe within diverse manuring practices
No full textStable isotopes provide insights into the early history of rye cultivation from the Migration period to the late Medieval period (fourth to fifteenth centuries CE). Manuring shows high intensity and diversity throughout. Rye as an undemanding crop resistant to drought was cultivated on nutrient-poor sandy soils to a limited extent only. It became a dominant crop owing to its integration into an existing labour-intensive manuring system mainly based on stable dung. Modern experiments demonstrate that the effect of manuring on cereal δ15N is strongly mediated by the soil substrate. Conspicuously low δ34S values can indicate additional manuring with peat. The Δ13C values suggest that the best harvests were achieved on dwelling mounds close to the sea and that relatively poor harvests resulted on fields on dry, sandy soils. Because the mounds were flooded with salt water during winter storm surges, the crop cultivated there might have been summer rye. Winter rye became the dominant crop in Germany around 1000 CE and continued to be until the mid-twentieth century. Intensive manuring allowed for high yields, which facilitated the emergence of village communities and towns and stable political and religious power systems
A digital twin of glimepiride for personalized and stratified diabetes treatment
No full textIntroduction: Optimizing glimepiride therapy for type 2 diabetes (T2DM) is challenged by pronounced inter-individual variability in pharmacokinetics. Methods: We developed a whole-body physiologically based pharmacokinetic (PBPK) model as a digital twin of glimepiride, enabling systematic evaluation of how patient-specific factors influence drug disposition. Using curated data from 20 clinical studies, the digital twin mechanistically simulates glimepiride’s absorption, distribution, metabolism, and excretion (ADME). It accounts for key determinants of variability including renal and hepatic function, CYP2C9 genotype, and bodyweight. Results: The model accurately reproduced observed pharmacokinetics and quantified these factors’ impact on drug exposure. Increased glimepiride exposure was predicted in individuals with hepatic dysfunction or specific CYP2C9 variants, highlighting substantial genetic and physiological effects. Discussion: This digital twin provides mechanistic insights into pharmacokinetic variability and serves as an in silico platform for exploring individualized dosing and patient stratification strategies, laying the foundation for clinical decision support tools to improve T2DM management.Peer Reviewe
Generation of decellularized human brain tissue for investigating cell-matrix interactions: a proof-of-concept study
No full textThe brain extracellular matrix (ECM) regulates myelin repair and regeneration following a demyelinating event by interacting with neuronal progenitors and immune cells. Therefore, generation and characterization of decellularized human brain tissue (DHBT) in regions with distinct neuroregenerative capacities are essential to determine factors modulating the cellular regenerative behavior. We have established an effective decellularization protocol for the human neural stem cell (NSC)-rich subventricular zone (SVZ) as well as, frontal cortex (FC) and white matter (WM), and defined region-specific matrisomes with comparative proteomics. Subsequently, as proof-of-concept, survival and differentiation of NSCs and monocytes within the DHBT were investigated. The proteomic analysis of the DHBT confirmed the retention of matrisome proteins such as COL4A1, FBB, NCAN, ANXA2. Unique to the SVZ were LGI3 and C1QB, while annexins, S100A and TGM2 were found in FC; S100B was exclusive to the WM. NSCs cultured within WM and FC acquired an astrocytic phenotype, but both astrocytic and oligodendrocytic phenotypes were promoted by the SVZ DHBT. Moreover, imaging mass cytometry analysis indicated an anti-inflammatory phenotype differentiation of monocytes seeded on SVZ and WM. Thus, the established model is suitable for investigation of ECM properties and assessment of cell-matrix interactions.Peer Reviewe
Der Modellbestand des Metalleichtbaukombinats in verschiedenen Lehrveranstaltungen der Kustodie der TU Bergakademie Freiberg
No full textPartition Functions and Mass Action Constants of Plasmas of Light Elements at Higher Temperatures
No full textWe first analyze the relations between the work of Planck and Klimontovich and show that Klimontovich's kinetic theory of non‐ideal plasmas confirms Planck's partition function for the hydrogen plasma. We discuss and check the Planck‐Brillouin‐Larkin (PBL) expressions for Hydrogen with PIMC calculations and derive new partition functions and mass action constants for Helium and Lithium. The new partition functions consider Planck's compensation effects between discrete and scattering states (Levinson effects). We show that any calculation of partition functions without taking compensation effects into account is quantum‐statistically incorrect. Our new expressions, which are given as series in β˜=Ry/kBT, are of particular interest for the temperature range beyond the ionization temperatures. There, the new partition functions disappear faster with temperature than the standard ones, which corresponds to a faster destruction of atoms in plasmas. The partition functions and the associated mass action constants are defined as the convergent contributions to the corresponding quantum‐statistical virial coefficients of pressure expansions. We estimate the third and fourth Coulomb virial coefficients and the mass action functions based on the new Slater functions. Based on the new results, which imply changes in the low orders of the parameter β˜, we predict lower concentrations for the formation of Hydrogen, Helium, and Lithium atoms and ions at higher temperatures than those obtained with standard methods.Peer Reviewe
On benefits of sparse coding
No full textSparse Coding scheint ein Schlüsselfaktor für die effiziente Lernfähigkeit des Gehirns zu sein. Es ist etabliert, dass erhöhte Spärlichkeit die Speicherkapazität des Gedächtnisses erhöhen kann, jedoch wurde ihr Einfluss auf die Lerngeschwindigkeit bislang wenig untersucht. In dieser Arbeit analysiere ich den Zusammenhang zwischen Populationsspärlichkeit und Lerngeschwindigkeit — insbesondere wie die Lerngeschwindigkeit, die die Gedächtniskapazität maximiert, von der Spärlichkeit des neuronalen Codes abhängt und wie sich dies wiederum auf die maximale Kapazität des Netzwerks auswirkt. Dazu untersuche ich ein Feedforward-Netzwerk mit Hebbscher und homöostatischer Plastizität sowie einem Synapsenmodell mit zwei Zuständen. Das Netzwerk lernt, binäre Eingang-Ausgang-Paare zu assoziieren, wobei Spärlichkeit einer geringen Anzahl aktiver Neuronen pro Muster entspricht. Die Lerngeschwindigkeit wird als Wahrscheinlichkeit synaptischer Veränderungen während des Lernens modelliert. Die präsentierten Ergebnisse basieren sowohl auf Netzwerksimulationen als auch auf einer analytischen Theorie, die die erwartete Gedächtniskapazität und die optimale Lerngeschwindigkeit beschreibt. Die optimale Lerngeschwindigkeit steigt tatsächlich mit zunehmender Spärlichkeit. Interessanterweise bleibt die optimale Lerngeschwindigkeit über verschiedene Netzwerkgrößen hinweg konstant, wenn die Anzahl aktiver Neuronen in einem Eingangsmuster gleich bleibt. Während die bei optimaler Lerngeschwindigkeit erzielte Kapazität mit der Ausgangsspärlichkeit monoton zunimmt, ist ihre Abhängigkeit von der Eingangsspärlichkeit nicht monoton. Insgesamt liefert diese Arbeit die erste detaillierte Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Populationsspärlichkeit, Lerngeschwindigkeit und Speicherkapazität. Sie unterstützt die Hypothese, dass Unterschiede in der Spärlichkeit zwischen Hirnregionen die Ursache für beobachtete Unterschiede in der Anpassungs- und Lernfähigkeit dieser Regionen sein könnten.The brain can efficiently learn and form memories based on limited exposure to stimuli. One key factor believed to support this ability is sparse coding, which can reduce overlap between representations and minimize interference. It is well known that increased sparseness can enhance memory capacity, yet its impact on the speed of learning remains poorly understood. In this thesis, I analyze the relationship between population sparseness and learning speed — specifically, how the learning speed that maximizes memory capacity depends on the sparseness of the neural code, and how this in turn affects the network’s maximal capacity. To this end, I study a feedforward network with Hebbian and homeostatic plasticity and a two-state synapse model. The network learns to associate binary input-output pattern pairs, where sparseness corresponds to a small fraction of active neurons per pattern. The learning speed is modeled as the probability of synaptic changes during learning. The results presented in this thesis are based on both network simulations and an analytical theory that predicts expected memory capacity and optimal learning speed. For both perfect and noisy retrieval cues, I find that the optimal learning speed indeed increases with increasing pattern sparseness — an effect that is more pronounced for input sparseness than for output sparseness. Interestingly, the optimal learning speed stays the same across different network sizes if the number of active units in an input pattern is kept constant. While the capacity obtained at optimal learning speed increases monotonically with output sparseness, its dependence on input sparseness is non-monotonic. Overall, this thesis provides the first detailed investigation of the interactions between population sparseness, learning speed, and storage capacity. It proposes that differences in population sparseness across brain regions may underlie observed differences in how quickly those regions adapt and learn
Design and Synthesis of Fluorescent Probes for Cannabinoid Receptor Type 1
No full textDer G-Protein-gekoppelte Cannabinoid-Rezeptor Typ 1 (CB1R) ist ein zentrales Signalelement des Endocannabinoid-Systems und an neurodegenerativen, kardiovaskulären, entzündlichen und fibrotischen Erkrankungen sowie an Angststörungen, Depressionen, Adipositas und Schmerzprozessen beteiligt. Damit ist CB1R ein relevantes Ziel für die Wirkstoffentwicklung. Fluoreszenzbasierte Studien eignen sich besonders, um Expression, Verteilung, Lokalisierung und Pharmakologie von CB1R mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung zu untersuchen. Derzeit fehlen jedoch geeignete chemische Fluoreszenz-Werkzeuge. Diese Dissertation behandelt daher Design und Synthese fluoreszierender Liganden als niedermolekulare Sonden zur Untersuchung von CB1R. Im ersten Teil wurde eine modulare, amidbasierte Synthesestrategie für CB1R-Sonden entwickelt. Unter Verwendung von α,α-Diethylglyzin als zentralem Strukturelement wurden Kombinationen mit CB1R-Erkennungsmotiven, Linkern und Fluorophoren systematisch untersucht. Ergebnis war eine reversible, CB1R-selektive, invers-agonistische fluoreszierende Sonde. Diese und weitere Vertreter erwiesen sich als nützliche Werkzeuge in CB1R-Fluoreszenzmikroskopie- und Target-Engagement-Studien. Der modulare Ansatz ermöglichte so den Zugang zu vielseitigen chemischen Fluoreszenz-Sonden zur Erforschung der Lokalisierung und Pharmakologie von CB1R. Im zweiten Teil wurde die Strategie auf „liganden-vermittelte“ Markierungssonden übertragen. Erstmals wurde eine fluoreszierende Sonde entwickelt, die den kovalenten Transfer eines fluorogenen Rhodamin-Farbstoffs auf CB1R ermöglichte. Zeitaufgelöste Förster-Resonanz-Energietransferstudien führten zur Entdeckung eines konformationellen Fluoreszenz-Biosensors zur Untersuchung orthosterischer Liganden und allosterischer Modulatoren. Diese neuartige Markierungssonde ermöglichte neue Einblicke in die molekulare Pharmakologie von CB1R.The G protein-coupled cannabinoid receptor type 1 (CB1R) is a key component of the endocannabinoid system. It is involved in neurodegenerative, cardiovascular, inflammatory, and fibrotic diseases, as well as anxiety disorders, depression, obesity, and pain processing. CB1R therefore represents a relevant target for drug development. Fluorescence-based studies are particularly suitable to investigate the expression, distribution, localization, and pharmacology of CB1R with high spatial and temporal resolution. However, suitable chemical fluorescent tools are currently lacking. This thesis addresses the design and synthesis of fluorescent ligands as small-molecule probes for studying CB1R.
In the first part, a modular amide-based synthetic strategy for CB1R probes was developed. Using α,α-diethylglycine as a central element, combinations with drug-like CB1R recognition motifs, linkers, and fluorophores were systematically explored. This led to the development of a reversible, CB1R-selective inverse agonist fluorescent probe. This and related probes proved effective in fluorescence microscopy and target engagement studies. The modular concept thus enabled access to versatile and high-quality fluorescent tools for investigating CB1R localization and pharmacology. In the second part, the strategy was applied to the design of “ligand-directed” labeling probes. For the first time, a fluorescent probe enabling covalent transfer of a fluorogenic rhodamine dye to CB1R was developed. Characterization by time-resolved Förster resonance energy transfer revealed a conformational fluorescent biosensor for studying orthosteric ligands and allosteric modulators. This new labeling probe provided valuable insights into the molecular pharmacology of CB1R
Beyond liquids, beyond oxides: sulfur and sulfides in solid-state lithium batteries
No full textLithium-Festkörperbatterien (SSB) könnten durch höhere Energiedichte und erhöhte Sicherheit die Energiespeicherung revolutionieren, doch Herausforderungen hemmen ihre Nutzung. Einige davon, wie die begrenzte elektrochemische Stabilität der Festelektrolyte (SE) und die Schwierigkeit, ein effizientes Leitungsnetz innerhalb der Elektroden zu etablieren, lassen sich durch den Einsatz neuartiger Kathoden lösen oder zumindest abmildern. In dieser Arbeit wurden TiS2 und Schwefel untersucht, da beide eine starke Synergie mit einem Festkörperdesign erwarten lassen. Eine TiS2-SSB würde von der hohen elektronischen und ionischen Leitfähigkeit dieser Verbindung profitieren, während eine Schwefel-SSB durch die Unterdrückung des „Shuttle-Effekts“ des SE Vorteile aufweisen würde. Die begrenzte elektrochemische Stabilität des SE könnte wiederum durch die moderaten Redoxpotenziale beider Materialien positiv beeinflusst werden. TiS2-SSBs wurden optimiert, und ihr Reaktionsweg wurde durch operando XPS aufgeklärt. Anschließend wurden die Eigenschaften von TiS2 selbst versuchsweise durch Einlagerung von Fe und Mn in seine Struktur verbessert. TiS2 erwies sich insgesamt als vielversprechende Kathode für SSBs. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner Fähigkeit, ohne leitende Zusätze zu funktionieren, für theoretische und experimentelle Analysen besonders nützlich. Die Untersuchung der Schwefelkathode konzentrierte sich auf die bislang nicht vollständig verstandene spontane Festkörperadsorption von Schwefel an Kohlenstoff. Erstmals war es möglich, die thermodynamischen Parameter zu quantifizieren und eine Erklärung für die Ursachen vorzuschlagen. Anschließend wurden S-SSBs zusammengebaut, um das Verhalten während des Zyklus zu beobachten. Obwohl noch offene Fragen bestehen, lassen sich potenzielle Anwendungen bei der Herstellung sowie Vorteile während des Zyklus ableiten. Beide Materialien haben sich als vielversprechend erwiesen und könnten in praktischen Geräten erhebliche Anwendung finden.Lithium solid state batteries (SSBs), thanks to their expected higher energy density and safety, could revolutionise energy storage and help to decarbonise our societies. However, their use is still hampered by several unresolved issues. Some of these, such as the limited electrochemical stability of the solid electrolytes (SE) and the difficulty of creating and maintaining an efficient conduction network in the electrodes, can be solved or alleviated by using novel cathodes.
This work studied two active materials that are expected to have a strong synergy with a solid-state design, TiS2 and sulfur. Indeed, a TiS2 SSB would benefit from the high electronic and ionic conductivity of this compound, while a sulfur SSB would benefit from the suppression of the “shuttle effect” offered by the SE, whose limited electrochemical stability would in turn benefit from the moderate redox potentials of both materials. Li-TiS2 SSBs were optimised and their reaction pathway was elucidated by operando XPS. Then, the properties of TiS2 itself were tentatively improved by intercalating Fe and Mn into its structure. TiS2 proved to be a promising cathode for SSBs. What's more, its ability to function without conductive additives makes it particularly useful for theoretical and experimental analysis. Sulfur cathodes have been studied focusing on the analysis of the previously reported but largely unexplained spontaneous solid-solid adsorption of sulfur on carbon. Using a mixture of experimental and mathematical methods, it was possible for the first time to quantify its thermodynamic parameters and propose an explanation of its causes. Li-S batteries were then assembled to observe the phenomenon during cycling. Although several questions remain to be answered, possible applications in manufacturing and benefits during cycling are proposed. Both materials confirmed their promise and could find significant applications in practical devices
Blickbewegungen während des Leseerwerbs: Eine Langzeitstudie bei Kindern mit und ohne Lesebeeinträchtigung
No full textHintergrund: Personen mit und ohne Lesebeeinträchtigungen unterscheiden sich in verschiedenen Blickbewegungsparametern beim Lesen (z. B. Dürrwächter et al., 2010). Bisher lag nur Evidenz aus querschnittlichen Studien vor, wodurch keine Entwicklungstendenzen bestimmt werden konnten. Methodik: In der vorliegenden Studie werden erstmalig längsschnittliche Daten von Blickbewegungsdifferenzen und -entwicklungen von drei Leseleistungsgruppen über die ersten drei Schuljahre präsentiert. Hierzu wurden N = 194 Grundschüler*innen mit stark (n = 23) und schwach unterdurchschnittlichen (n = 24) sowie durchschnittlichen Leseleistungen (n = 147) jährlich mit Eyetracking untersucht. Ergebnisse: Die globalen Blickbewegungsergebnisse zeigen für die Fixationsanzahl und -dauer in allen Gruppen eine Reduktion über die Schuljahre hinweg sowie eine bedeutende Differenz im Verlauf der ersten drei Schuljahre zwischen den drei Gruppen. Für die progressiven Sakkaden wird ebenfalls eine Entwicklung über die drei Schuljahre festgestellt, wobei sich die Differenzen zwischen den unterdurchschnittlichen und durchschnittlichen Leser*innen erst ab der zweiten Klasse etablieren. Die Intrawortsakkadenamplitude unterscheidet sich in den drei Schuljahren nicht zwischen den beiden Lesebeeinträchtigungsgruppen. Die regressive Sakkadenanzahl prägt sich zwischen den drei Gruppen different aus, jedoch nicht die Amplituden, mit Ausnahme der regressiven Interwortsakkadenamplitude in der dritten Klasse. Diskussion: Die Studienergebnisse implizieren, dass Leser*innen mit Lesebeeinträchtigungen mithilfe von kleineren Verarbeitungseinheiten lesen sowie im Rahmen von längeren Fixationsdauern als durchschnittliche Leser*innen. Es kann vermutet werden, dass sie eine langsamere oder beeinträchtigte Familiaritätsprüfung oder lexikalischen Abruf vollziehen und dass häufiger Verarbeitungsprozesse scheitern. Es kann außerdem aufgezeigt werden, dass eine Schweregraddifferenzierung bei Lesebeeinträchtigung sinnvoll ist.Background: People with and without reading disorder differ in various eye movement parameters when reading (e.g., Dürrwächter et al., 2010). There has only been evidence from cross-sectional studies, which means that no developmental trends can be determined. Methods: This study is the first to present longitudinal data on eye movement differences and developments in different reading performance groups over the first three years of primary school. For this purpose, N = 194 primary school pupils with severely (n = 23) and marginally below-average (n = 24) as well as average reading performance (n = 147) were examined annually using eye tracking. Results: The eye-tracking results show a reduction in the number and duration of fixations in all groups and a significant difference between the three groups over the course of the first three school years. A development over the three school years is also observed for the progressive saccades, whereby the differences between the below-average and average readers are only consistently established from the second grade onwards. The amplitude of intra-word saccades does not differ between the two reading impairment groups in the three years of school. The number of regressive saccades varies between the three reading performance groups, but not the amplitudes, with the exception of the regressive inter-word saccade amplitude in the third grade. Discussion: The results of the study imply that readers with reading disorder read using smaller processing units and longer fixation durations than average readers. It can be assumed that they perform slower or impaired familiarity check or lexical retrieval, and that processing fails more frequently. It can also be shown that a differentiation according to the severity of the reading disorder is useful
Interviewdaten zur Initiierung von Strategieprozessen an Universitätsbibliotheken zwischen 2014 und 2022
No full textDie Forschungsdaten sind im Rahmen der Masterarbeit "Bibliotheken im Wandel: Eine organisationssoziologische Untersuchung zu den Motiven von Change Prozessen in wissenschaftlichen Bibliotheken" mittels Experteninterviews erhoben worden. Bei der Studie ging es um die Frage, welche Ursachen und Trigger Events zur Einleitung von Strategieprozessen an Universitätsbibliotheken geführt haben.The research data were collected through expert interviews as part of the master's thesis 'Bibliotheken im Wandel: Eine organisationssoziologische Untersuchung zu den Motiven von Change Prozessen in wissenschaftlichen Bibliotheken.' The study addressed the question of what causes and trigger events led to the initiation of strategic processes at university libraries