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a methodical as well as didactical and content-related reflexion
No full textAktuelle Nutzungsdaten des Medienpädagogischen Forschungsverbunds Südwest belegen, dass Fernsehen sowohl im Kindes- als auch im Jugendalter, trotz einer durch das Internet und Computerspiele steigenden medialen Konkurrenzsituation, nach wie vor ein äußerst dominantes Medium darstellt. Dementsprechend ist von einer Auswirkung dieser medialen Freizeitbeschäftigung auch auf verschiedene Bildungsbereiche auszugehen. Da das Fernsehen ein akustisches und visuelles Medium ist, ist es naheliegend, dass es auf das Sozialverhalten und die Sprachentwicklung einen höheren Einfluss hat, als auf die Entwicklung numerischer und mathematischer Fähigkeiten. Daher ist es dringend notwendig lokale (fachbezogene) Untersuchungen einer globalen Analyse der Wirkung des Fernsehens auf die Schulleistungen von Schülerinnen und Schülern vorausgehen zu lassen. In dieser mathematikdidaktischen Dissertation werden dazu mögliche Zusammenhänge zwischen dem Fernsehverhalten von 232 zwölf- bis vierzehnjährigen Jugendlichen und den entsprechenden Mathematikleistungen fragebogenbasiert untersucht. Die Arbeit ordnet sich damit dem Globalthema "Medien und Bildung" unter.
Während in den bekannten fernsehkritischen Studien zumeist vor den Auswirkungen einer exzessiven Nutzungsdauer gewarnt wird, verweisen Fernsehbefürworter häufig auf positive Effekte pädagogisch geprägter Fernsehensendungen. Dementsprechend werden in dieser Arbeit sowohl die durchschnittliche Nutzungsdauer als auch die Art des Fernsehkonsums bestimmt. Zudem wird das sonstige Freizeitverhalten erhoben, um eine globale Interpretation der Ergebnisse zu ermöglichen. Die Mathematikleistungen werden durch eine Befragung der unterrichtenden Lehrkräfte gemessen.
Anhand der erhobenen Daten kann mit datenanalytische Verfahren gezeigt werden, dass die Fernsehdauer in vier Zeitintervalle (Wenigseher, Mittelseher, Vielseher, Exzessivseher) zu unterteilen ist, fünf latente Faktoren dem Fernsehverhalten der Jugendlichen zu Grunde liegen (Unterhaltung, Wettkampf & Bildung, niveauarme Unterhaltung, humorvolle Unterhaltung, musikalische Unterhaltung) und das Freizeitverhalten der Probanden entweder als "aktiv/kreativ" oder aber als "passiv/kognitiv anspruchslos" beschrieben werden kann.
Die Auswertungsergebnisse deuten darauf hin, dass vor allem die Fernsehdauer und die Freizeitgestaltung der Jugendlichen in einem direkten negativen Zusammenhang zu der Bewertung ihrer mathematischen Fähigkeiten stehen. Wer viel fernsieht und sich in der Freizeit nicht aktiv und kreativ beschäftigt, erhält im Durchschnitt negative Lehrerurteile. Die bevorzugt geschauten Fernsehsendungen lassen derweil kaum einen Zusammenhang zu den Mathematikleistungen vermuten. Lediglich der Konsum niveauarmer Unterhaltungssendungen ist mit negativen Mathematikleistungen verbunden. Die empirische Studie reiht sich damit nahtlos in die Menge der kritischen Untersuchungen ein.
Im Fokus der Dissertation steht zudem das zusätzliche Ziel, eine wirkliche Einheit von empirischer Methodik einerseits und didaktischer Interpretation anderseits zu schaffen. Es soll also zwingend vermieden werden, auf statistische Standardverfahren zurückzugreifen und sich das zu interpretierende Ergebnis von dem gewählten datenanalytischen Verfahren diktieren zu lassen. Da in der Literatur und den bekannten Programmpakten (Excel, SPSS, R) keine wirklich adäquaten Methoden zu Verfügung stehen, die dem Niveau ordinalskalierter Daten angepasst sind, wurden bestehende Methoden weiterentwickelt und programmiert. Auf Basis eigener Beweise verschiedener mathematischer Sätze konnte so u.a. nachgewiesen werden, dass durch die Dichotomisierung der Variablen mit Hilfe der begriffsanalytischen Messtheorie nach Wille der Informationsverlust faktorenanalytischer Verfahren praktisch verschwindet. Zudem wird ein adäquates Verfahren zur Beseitigung auftretender missing values entwickelt.
Im Rahmen dieser Arbeit können diese neuen Methoden erstmals auf große und reale Datensätze angewendet werden. Dabei bewähren sich sämtliche Verfahren, so dass hier der größte Erkenntnisgewinn dieser Dissertation zu sehen ist.Current usage data substantiate that television still presents a very dominant medium in childhood as well as in adolescence, in defiance of an increasing media competition situation provoked by the internet and computer games. Accordingly, an effect of this media-related leisure activity also on different areas of education can be assumed. As television is an acoustical and visual medium, it seems self-evident that this medium has a bigger influence on the social behavior and the language development than on the development of numerical and mathematical capacities. Therefore, it is urgently necessary to let local examinations precede a global analysis of the effects of television on the school performance of students. In this mathematical-didactic dissertation, possible connections between the television habits of 232 12- to 14-year-old adolescents and the corresponding mathematics performances will therefore be examined based on a questionnaire. The work is therewith classified within the global topic “Media and education”.
While in the known television-critical studies it is usually warned about the effects of an excessive usage time, television advocates often refer to the positive effects of pedagogically characterized television shows. Accordingly, in this work, the average usage time as well as the kind of television consumption are determined. Additionally, the other leisure behavior is surveyed in order to enable a global interpretation of the results. The mathematics performances are measured through interviews with the tutoring teachers.
On the basis of the surveyed data it can be shown with data analytical techniques that the television watching time can be subdivided into four time intervals (little time, average time, a lot of time, excessive time), that five latent factors form the basis of the television habits of adolescents (entertainment, competition & education, primitive entertainment, humorous entertainment, musical entertainment) and that the leisure behavior of the probands can either be characterized as “active/creative” or as “passive/cognitively unambitious”.
The results of the analysis point to the fact that especially the time of watching television and the recreational activities of the adolescents are in a direct negative correlation with the assessment of their mathematical capacities. Those who watch a lot of television and do not occupy themselves active and creatively during their leisure time on average receive negative assessments by their teachers. The preferably watched television shows meanwhile hardly let come to mind a connection to the mathematics performances. Only the consumption of primitive entertainment shows is connected with negative mathematical performances. The empirical study therewith joins seamlessly the mass of critical examinations.
In the focus of the dissertation is furthermore the additional aim of creating a real unity of empirical methodology on the one hand and didactical interpretation on the other hand. Resorting to statistical standard methods and letting the to be interpreted result be dictated by the chosen data analytical method shall be avoided imperatively. As in literature and in the known program packages (Excel, SPSS, R) no really adequate methods which are adapted to the level of ordinally scaled data are available, existing methods were refined and programed. On the basis of own evidence of different mathematical formulas it could therewith be proven, among others, that through the dichotomization of the variables with the help of the conceptual analytical measurement theory according to Wille, the loss of information of factor analytical methods practically disappears. Furthermore, an adequate method for the elimination of appearing missing values is developed.
In the framework of this research project, these new methods can be applied to extensive and real data sets for the first time. In doing so, all methods prove to be of value, so that the most substantial augmentation of knowledge of this dissertation can be seen in this field
A biomechanical intervention study
No full textThe demographic change clearly shows that the population is aging and, as one consequence, the risk of falls in the later stages of life becomes more and more a critical problem. In this context, Feder et al. (2000) showed that half of all persons older than 80 and one third of all persons older than 65 years old fall on average at least once per year. Therefore, more research is needed to be able to reduce the risk of falls in the elderly population. One approach to prevent falls during ageing may be the use of unstable shoes for everyday life activities, but so far only few studies have investigated whether unstable shoes can improve balance and prevent falls in an elderly population. As a consequence, the aim of this study was to determine the influence of a new unstable shoe construction on the balance performance in elderly women with respect to the risk of falls.
METHODS
70 healthy elderly women aged between 52 and 81 years (66.1 ± 6.6 years) participated in this study. The subjects were measured three times: First measurements were taken before the intervention started (PRE) and repeated after four (INTER) respectively twelve weeks (POST) of intervention. Two different shoe designs were used for this study, a conventional sport shoe (KS) was chosen as control condition (CG). The experimental group (EG) wore a shoe which was unstable in medio-lateral direction (ES) as it was built with a harder midsole material along the gait line. The gait line area was elevated and the midsole thickness gradually decreased from this central area to the border of the shoe. This combination of harder material and geometrical shape of the sole created instability around the gait line during walking.
On each of the three testing days, the subjects were analyzed with the help of clinical as well as biomechanical tests. The participants executed movements of everyday life, including standing balance or rising from a chair for the Tinetti-Test (TT) (Tinetti (1986)) and the Berg Balance Scale (BBS) (Berg (1989)). Moreover, they had to fill a questionnaire including their history of falls and their experience with unstable footwear as well as the SF-36 Health Survey (Bullinger & Kirchberger (1998)). Additionally, handgrip force (MAP 80 K1, Germany) and vibration perception on the medial malleolus and the dorsal side of the hallux were measured (modified Horwell Neurothesiometer, UK) on both sides of the body (left and right). Moreover, the participants had to perform three different balance tasks (bipedal standing with open eyes, bipedal standing with closed eyes and a tandem stand with open eyes) on a force platform (Kistler Inc., Switzerland). These balancing tasks were performed in different conditions (own shoes (EIS), ES, KS) as well as barefoot (BAR) and measurements were executed three times for each condition with duration of 10 s. Additionally, the path of the center of gravity (COG) was also measured during the balancing tasks.
As the time requirements of the measurements were substantial, only a small randomized chosen subgroup of 28 women out of the 70 subjects performed additional measurements. For the measurements of the vibration perception thresholds, the medial malleolus, the dorsal side of the hallux as well as the perception of the finger pad of the middle finger was measured. These participants also performed the balance tasks in two additional shoe conditions (MBT and Reebok Easytone (RET)). While performing the three different balance tasks in 6 different conditions (BAR, EIS, RET, MBT, KS, ES), the muscle activity of the m. tibialis anterior (TA), the m. vastus lateralis (VL), the m. biceps femoris (BF), and the lateral side of the m. gastrocnemius (GL) was measured additionally.
After the PRE measurements each subject received one pair of shoes to take home. Subjects were randomly chosen to receive either shoe KS (Control Group) or shoe ES (Experimental Group). The subjects were instructed to wear the assigned shoes for at least one hour per day and to document the duration of wearing in a diary.
Beyond that, 20 out of the 70 subjects participated in an additional testing to elucidate the biomechanical characteristics of the two intervention shoes. For these measurements, each subject walked across a force platform in four different shoes (MBT, RET, KS, ES) at a given speed of 1,4 ± 0,05 m/s. During this task, ground reaction forces, rear foot range of motion, pronation velocity and tibial acceleration were measured.
RESULTS & DISCUSSION
The results showed that both subject groups were comparable regarding their anthropometrical data as well as in their daily duration of wearing the intervention shoes. Handgrip force measurements as well as the detection of the vibration perception thresholds did not deliver any statistically significant differences between the two groups.
The additional biomechanical testing showed that both interventional shoes (KS, ES) displayed similar biomechanical characteristics and were comparable to the other two shoes (MBT, RET). Moreover, a difference between the KS and the ES regarding the rear foot motion was discovered: compared to the KS, the ES causes a greater range of rear foot motion combined with a lower pronation velocity. In relation to the aim of the study, these results demonstrated that both intervention shoes were very similar in their biomechanical properties beside the influence of the slight instability of the ES, which is clearly shown by the results of the rear foot parameters.
The clinical tests (Tinetti-Test, Berg Balance Scale) showed slightly improved results during the intervention period of 3 months in both groups.
The results of the path length of the COG revealed no statistically significant differences between the two intervention groups CG and EG. In general, a decrease in COG sway was detected during the intervention period of 3 months. During the measurements with 6 different conditions in tandem stance, the subjects generated comparably higher values for the ES and the MBT than in the other conditions. These results indicate that the special sole construction of the ES challenges the subjects balance performance. Moreover, muscle activity was statistically significantly higher in the ES than in the EIS and the KS and showed altogether higher activity values compared to the MBT.
These results suggest that the ES provokes a higher amount of sway together with an increase of muscle activity in spite of its only slight extent of instability.
CONCLUSION
The findings of this study show that all subjects were in good physical shape, which resulted in similar or even better results in all measurements during the intervention period of 3 months. All in all only slight changes were detected in balance performance, which may have been caused by the slight extent of instability in the ES. Regarding the KS, the results showed that both kinds of intervention had a small effect on balance performance in elderly women. This indicates positive effects on all subjects concerning the risk of falls. To sum up, this study showed that the new unstable shoe construction with a slight extent of instability could cause positive effects on the balance performance in the elderly without increasing the risk of falls. Moreover, these findings confirm that wearing unstable shoes can be an approach to prevent falls and increase balance performance during ageing
Spiel Design, Spieler Wahrnehmungen und Lernen
No full text"Engagement scheint der Schlüsselmechanismus zu sein, der den Erfolg von Computerspielen erklärt. Für effektive zukünftige Entwicklung von Lernspielen ist fundiertes Wissen über die Merkmale dieses Engagements unerlässlich. Dies schließt Erkenntnise darüber ein, welche Dimensionen des Engagements bei der Konzeption von Lernpiele zu berücksichtigen sind und wie sich diese Dimensionen auf den Wissenserwerb auswirken. Außerdem ist es für einen erfolgreichen Umgang mit solche Technologien zentral zu berücksichtigen, wie die Spielaktivität wahrgenommen wird und in welchem Umfang diese Wahrnehmung einen Effekt auf die Qualität des “gameplay”, bzw. des Engagements haben könnte. Als eine entscheidende Variabel wird in der vorliegenden Arbeit die kognitive Dimension des Engagement mit einem Lernspiel analysiert und diskutiert. Zu diesem Zweck wurden Studierende eingeladen, ein Lernpiel zu spielen. Durch eine bestimmte Instruktion (d.h., “Spielen um zu lernen” vs. “Spielen um Spaß zu haben”) wird versucht, das Engagement der Studierenden zu vertiefen und ihren Wissenserwerb zu optimieren. Dabei kommen unterschiedliche Testinstrumentarien zum Einsatz (Leistungstest, Interview, Fragebögen und Blickbewegungen). Als ein Ergebnis der Studie kann festgehalten werden, dass 1) die Korrelationen zwischen den Dimensionen des Engagement (Kognition, Emotion, und Verhalten) positiv und signifikant sind, 2) die Rolle kognitiven Engagements auf den Wissenserwerb nicht deutlich festgestellt werden konnte, 3) kognitives Engagement mit Wahrnehmungen über Spiele positive korreliert, und 4) die Spiel-Instruktion (entweder zu lernen oder Spaß zu haben) keine Wirkung auf den Wissenserwerb hatte. Die Ergebnisse bedeuten, dass bei der Entwicklung eines Lernspiel weniger berücksichtigt werden sollte, ob das Spiel eine “intrinsische Fantasie” darstellt, sondern mehr inwieweit das Spiel die Umsetzung von "game design patterns" darstellt. Letztendlich bedeuten die Ergebnisse auch, dass die Wahrnehmungen von Menschen berücksichtigt werden sollten."Educational games’ effectiveness relies on games’ engagement power. However, this concept has seldom been examined. To fill this gap, this dissertation explored engagement by using multiple sources of data such as interviews, questionnaires and eye movements. In particular, this dissertation examined the effect of manipulating individuals’ perception of the demand characteristics (PDC) of playing an educational computer game (i.e., to learn versus for fun) on individuals’ content knowledge, cognitive engagement (CE) (i.e., mental effort and information processing strategies) and behavioral engagement (i.e., eye tracking data), while exploring the influence of self-efficacy and the perceived general mental effort (General AIME) on individuals’ actual CE. Data analysis consisted of student’s T (one tailed), bootstrap confidence interval, winsorized correlations and Pearson correlation coefficient comparisons. Results showed that participants increased their recall of content knowledge, but contrary to the expectations, no effect of the PDC manipulation on individuals recall test and CE was found. As expected, a positive effect of PDC on behavioral engagement was established. Likewise, a positive correlation of recall with behavioral engagement and one measure of CE was found. A positive correlation showed CE and emotional engagement. Finally, the CE employed was influenced by individuals’ initial General AIME.
For the general lack of effect of PDC on CE, it is suggested that some CE measures might have not been sensitive to the PDC manipulation. Competition for participants’ cognitive resources coming from both the game (i.e., cognitive overload) and the participants (i.e., volitional judgments), and a relinquishment to cognitively engage with physics content may have hindered the PDC manipulation. The lack of relationship between CE measures and recall may be due to the inappropriate cognitive processing employed. In this sense, it was suggested that 1) CE measures tapped different processes and learning outcomes, 2) participants may have not allocated the adequate strategies, and 3) CE may have affected “inferential activity” instead of the information processing strategies. Finally, the positive relationship between CE and emotional engagement suggested either an integrated (i.e., not disrupted) subjective experience - as expected - or the presence of competing goals as suggested by the games for entertainment literature. Implications for theory building, game design and research were provided
Models and algorithms for dominance-constrained stochastic programs with recourse
No full textIn der vorliegenden Dissertationsschrift befassen wir uns mit stochastischen Optimierungsproblemen unter Nebenbedingungen, die mithilfe stochastischer Ordnungen formuliert sind. Hierbei konzentrieren wir uns auf stochastische Dominanz erster Ordnung und die steigende konvexe Ordnung, wobei beide Ordnungen in unserem Fall auf Zufallsgrößen operieren, welche Optimalwerten zweistuger stochastischer Optimierungsprobleme mit Kompensation entsprechen.
Wir stellen die theoretische Relevanz der vorliegenden Problemklasse heraus und tragen zur Entwicklung von effizienten Lösungsverfahren bei. Um Letzteres zu erreichen untersuchen und erweitern wir bestehende gemischt-ganzzahlige lineare Repräsentationen dieser Probleme und entwickeln maßgeschneiderte Dekompositionsverfahren. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt dabei auf der Entwicklung und Implementierung besonders effizienter Lösungsansätze für den Fall mit linearer Kompensation.We consider optimization problems with stochastic order constraints of first and second order posed on random variables coming from two-stage stochastic programs with recourse. We clarify the theoretical relevance of these specific problems, and contribute to improving their computational tractability. For the latter, we review and enhance mixed-integer linear programming (MILP) equivalents. These exist for either mixed-integer or continuous variables in the second stage. Algorithmically, our focus is on developing tailored cutting-plane decomposition methods for these models
Elektrochemische und grenzflächenchemische Untersuchungen an Zr-basierenden Konversionsschichten auf verzinktem Bandstahl
No full textDer Fokus der vorliegenden Dissertation lag auf der Applikation, der Modifizierung und der Charakterisierung von neuartigen, ultradünnen Zr-basierenden Konversionsschichten auf technisch erzeugten, verzinkten Bandstählen.
Aufgrund der unbekannten und meist sehr komplexen Formulierungen kommerzieller Vorbehandlungssysteme wurde im Rahmen dieser Arbeit ein vereinfachtes Modellsystem verwendet, um die Aufklärung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen vom metallischen Substrat und der H2ZrF6-haltigen Konversionslösung zu ermöglichen. Um diese applizierten Schichten zu charakterisieren wurde ein breites Spektrum oberflächenanalytischer, mikroskopischer und elektrochemischer Methoden eingesetzt
Die funktionelle Bedeutung der Interaktion von löslichem CEACAM8 und CEACAM1 auf naiven B-Zellen und aktivierten Lymphozyten
No full textEin gut funktionierendes Immunsystem basiert auf der Verarbeitung positiver und negativer Signale. Durch Zytokine und Zell-Zell-Interaktion über spezifische Oberflächenrezeptoren wird dieses System auf komplexe Art und Weise reguliert. Die carcinoembryonic-antigen-related cell-adhesion molecules (CEACAMs) repräsentieren eine Gruppe von multifunktionellen Adhäsionsrezeptoren, die erst in den vergangenen Jahren als Modulatoren der Immunzellfunktion an Aufmerksamkeit gewonnen haben. Jedoch wird die Rolle von CEACAM1, dem Gründermolekül dieser Proteinfamilie, als Regulator der T- und B-Zell-Funktion kontrovers diskutiert. In der vorliegenden Arbeit konnten wir die bereits beschriebene aktivierungsinduzierte Hochregulation von CEACAM1 auf der Oberfläche humaner mononukleärer Zellen des peripheren Blutes (PBMCs) durch Interleukin 2, Interleukin 7 und anti-CD3/anti-CD28 bestätigen. Ergänzend zeigten wir, dass aktivierte Zellen neben der langen (L) zytoplasmatischen Isoformvariante auch kurze (S) zytoplasmatische Isoformen von CEACAM1-4 bzw. CEACAM1-3 exprimierten. Des Weiteren konnten wir nachweisen, dass aktivierte PBMCs neben CEACAM1 auch eine signifikante CEACAM6-Expression aufweisen. Da für Epithelzellen eine Modulation der CEACAM1-vermittelten Signale durch das L/S-Isoformenverhältnis sowie die Koexpression von CEACAM6 beschrieben wurde, weisen diese Befunde darauf hin, dass die Regulation der CEACAM1-vermittelten Effekte auf Lymphozyten komplexer ist, als bisher angenommen.
Durch die erstmalige Verwendung eines physiologischen CEACAM1-Liganden, in Form von löslichem CEACAM8, konnten wir CEACAM1 als einen potenten kostimulatorischen Rezeptor der B-Zell-Rezeptor-vermittelten Zellproliferation in naiven B-Zellen identifizieren. Gleiches konnte auch für naive T-Zellen gezeigt werden. Interessanterweise fanden wir, dass lösliches CEACAM8 auf zuvor durch Zytokine aktivierte Lymphozyten keinen kostimulatorischen Effekt mehr hat. Dies weist auf einen funktionellen Unterschied der CEACAM1-vermittelten Signale zwischen naiven und aktivierten Lymphozyten in vivo hin. Eine mögliche Erklärung hierfür sind die oben beschriebenen Veränderungen im CEACAM-Expressionsmuster durch Zellaktivierung. In dieser Arbeit charakterisierten wir das von Granulozyten ausgeschüttete lösliche CEACAM8 somit erstmalig als neuen potenten Effektor der Immunantwort. Der in dieser Arbeit gezeigte kostimulatorische Effekt von löslichem CEACAM8 auf die Proliferation naiver Lymphozyten weist auf seine potentielle Rolle als Modulator von Entzündungen, Autoimmunerkrankungen oder Wundheilungsprozessen hin. Hierdurch ergeben sich möglicherweise neue Ansätze für pathophysiologische Zusammenhänge und pharmakologische Interventionsmöglichkeiten immunologisch bedingter Erkrankungen
Ein inverses Problem aus dem Gebiet der Finanzmathematik mit nichtlinearem, fehlerbehaftetem, zufälligem Operator
No full textDer Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Kalibrierung eines sogenannten stochastischen Markovmodells unter besonderen Berücksichtigung der statistischen Aspekte dieser Fragestellung. Es wird gezeigt, dass jeder Schritt der Kalibrierungsprozedur einem nichtlinearen, schlecht gestellten Problem entspricht, mit einem im jeweils vorherigen Schritt geschätzten Operator. Hierfür wird eine neuartige Regularisierungsmethode vorgestellt und die Konvergenzgeschwindigkeit untersucht.This thesis adheres to study a calibration problem for the so-called Markovfunctional models (MFMs) from the statistical point of view. It is shown that at each step of the calibration procedure one has to solve a nonlinear inverse problem with an operator estimated in the previous step. We propose a novel regularisation method and verify the rate-of-convergence
Comparing cord-blood stem cells with peripheral adult stem cells for adult recipients
No full textDie Nabelschnurbluttransplantation hat sich in den letzten 2 Jahrzehnten von einem hochexperimentellen Ansatz zu einer Therapiealternative für Patienten ohne HLA (Human-Leukocyte-Antigen) identischen Spender entwickelt. In dieser Arbeit wurden die Unterschiede in der Immunrekonstitution zwischen einer DUCB (Double Umbilical-Cord-Blood) Kohorte von 42 Patienten, die Stammzellen aus Nabelschnurblut erhielten und einer MUD (Matched-Unrelated Donors) Kohorte von 102 Patienten, die periphere GCSF (Granulocyte Colony-stimulating-factor) -mobilisierte Stammzellen erhielten, prospektiv analysiert.
Obwohl in der DUCB Patientenkohorte eine verspätete T Zell Rekonstitution beobachtet werden konnte, die mit einer erhöhten Infektionsrate einherging, traten diese vor allem in den ersten 100 Tagen nach der Transplantation auf. Verglichen mit der MUD Gruppe war die T Zellgesamterholung um 6 Monate verzögert. Dennoch konnten wir keinen Unterschied bezüglich der Rückfallrate, des progressfreien Überlebens (PFS) und des Gesamtüberlebens (OS) zwischen beiden Kohorten feststellen. Die B Zell- und die NK (Natural Killer) Zellerholung war in der DUCB Kohorte ausgeprägter und früher zu beobachten. In der DUCB Kohorte wurde eine signifikant niedrigere cGvHD (chronic Graft-versus-Host Disease) Rate beobachtet, wohingegen die aGvHD (acute Graft-versus-Host Disease) Rate zwischen beiden Gruppen keinen signifikanten Unterschied aufwies.
Diese Daten zeigen, dass die Immunrekonstitution in den beobachteten Kohorten über qualitativ unterschiedliche Prozesse erfolgt. Ein verbessertes Verständnis dieser Prozesse könnte einen entscheidenden Fortschritt in der Praxis der allogenen Stammzelltransplantation bewirken. Es wird deutlich, dass die allogene Transplantation mit Nabelschnurblutstammzellen trotz eines erhöhten Infektionsrisikos durch opportunistische Erreger eine ernstzunehmende Alternative darstellt. Die Mechanismen ihrer vielfältigen Vorzüge in der Immunrekonstitution sollten Gegenstand vertiefender Forschung werden
Analysis and application of evolutionary processes to tackle HIV-1 entry
No full textIm Laufe der Jahrmillionen hat die Evolution durch einige einfache Mechanismen wie Mutation, Selektion oder auch Vererbung eine erstaunliche Artenvielfalt hervorgebracht. Diese Prinzipien können auch beim computergestützten Entwurf von Proteinen und/oder Proteinsequenzen mit gewünschten Eigenschaften, wie z.B. Stabilität
oder Funktionalität einer Proteinstruktur, angewandt werden. Da jedoch der mögliche Konformations- und Sequenzraum für bereits kleine Proteine immens groß wird, werden hier vereinfachte Gitterproteinmodelle verwendet. Im ersten Teil der Promotionsarbeit werden evolutionäre Algorithmen, im Besonderen S Metric Selection - Evolutionary Multi-objective Optimisation Algorithm (SMS-EMOA), implementiert und angewandt um möglichst optimale evolutionäre Parameter zu identifizieren, z.B. Populationsgröße oder Mutationsrate. Interessanterweise spielt die richtige Auswahl der evolutionären Parameter eine entscheidende Rolle bezüglich der Effizienz der Algorithmen. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Evolution von Proteinen beobachtet und analysiert. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf Positionen gelegt, die nicht konserviert sind. Gleichwohl können diese mit kompensatorischen Mutationen an anderen Stellen im Protein strukturell wichtige Funktionen einnehmen. Hierbei werden verschiedene Koevolutionsmethoden, wie z.B. die Mutual Information (MI) oder die Direct Coupling Analysis (DCA), weiterentwickelt und verglichen.
Anschließend wird die DCA-Methode mit einer neu verbesserten Gewichtung angewandt um koevolvierende Positionen im Humanen Immundefizienz-Virus (HIV) Hüllprotein-Komplex (Env) vorherzusagen. Bemerkenswerterweise wurden dabei sowohl bereits in der Literatur beschriebene als auch noch unbekannte Positionen identifiziert, die eine entscheidende Rolle im Eintritt des Viruses in die humane Wirtszelle spielen können. Schließlich wurden die koevolvierenden Positionen bei der Erstellung eines Homologiemodells des Protein-Komplexes verwendet
Theoretical and practical development of control approaches for redundantly actuated parallel kinematic machines
No full textDie konsequente Weiterentwicklung parallelkinematischer Maschinen (PKM) führt auf eine strukturelle Erweiterung in Form einer Antriebsredundanz. Die wesentlichen Vorteile der Antriebsredundanz sind beispielsweise die Kompensation von Singularitäten im Arbeitsraum, eine erhöhte Endeffektor-Steifigkeit und eine optimale Verteilung der Antriebskräfte. Redundant angetriebene PKM (RA-PKM) sind darum prädestiniert für hochdynamische Pick-and-Place-Bewegungsaufgaben und neue Maschinenkonzepte.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Frage, welche Konzepte und Verfahren für die Regelung der RA-PKM geeignet sind.
Dabei zeigt sich, dass die Beschreibung in Endeffektor-Koordinaten, die Verwendung eines Störgrößenbeobachters auf der Basis des generalisierten Impulses sowie eine modellprädiktive Regelung sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der Genauigkeit und des Implementierungs- und Rechenaufwandes ergeben. Dies gilt insbesondere, wenn große Reibkräfte z. B. in den Antrieben zu berücksichtigen sind. Deshalb ist dieses Verfahren für die industrielle Anwendung besonders geeignet.
Da für alle hier betrachteten Regelungsverfahren ein mathematisches Modell erforderlich ist, nimmt die Beschreibung der Bewegungsgleichungen in unterschiedlichen Koordinaten einen breiten Raum der Arbeit ein. Es werden die Vor- und Nachteile der verschiedenen Beschreibungsformen wie z. B. die verschiedenen Arten der Singularitäten und die Eliminierung der Zwangskräfte mit Hilfe von Orthogonalprojektionen ausführlich dargestellt. Dabei wurde ein neuartiger Zugang für die Projektion der Bewegungsgleichungen in Endeffektor-Koordinaten hergeleitet.
Als erstes Regelungskonzept wird die dezentrale Regelung betrachtet. Es wird gezeigt, wie die hier üblicherweise auftretenden antagonistischen Kräfte mit Hilfe eines Filters kompensiert werden können.
Im Anschluss daran wird die große Klasse der modellbasierten Regelungen in den unterschiedlichen Koordinaten untersucht, wobei ein sogenannter Computed Torque Regler (CTC), d. h. die Verwendung einer Vorsteuerung in Form der inversen Dynamik, und ein Augmented PD-Regler (APD) zum Einsatz kommen.
Die Gelenkgeschwindigkeiten werden mit Hilfe eines High-Gain-Beobachters und die Störgrößen mit Hilfe eines Störgrößenbeobachters rekonstruiert.
Zum Schluss wird die schon erwähnte nichtlineare modellprädiktive Regelung in Endeffektor-Koordinaten beschrieben, wobei der zukünftige Trajektorienfehler durch eine optimale Stellgröße minimiert wird. Die resultierende Reglerstruktur hat die Form eines klassischen APD-Reglers mit variablen Verstärkungen. Die Reglereinstellung erfolgt durch die Prädiktion vollkommen automatisch.
Die entwickelten Regler und Methoden wurden anhand eines ebenen Mechanismus mit zwei Freiheitsgraden unter Verwendung industrieller Torque-Motoren erprobt.The consistent further development of parallel kinematics machines (PKM) lead to a structural extension in terms of actuation redundancy. The major advantages of redundant actuation are for example the compensation of singularities in workspace, an increased end-effector stiffness and an optimal distribution of the control forces. Therefore redundantly actuated PKM (RA-PKM) are intended for high speed pick-and-place tasks and new machine concepts.
This research work addresses the question which concepts and methods are qualified for the control of RA-PKM.
It has been found that a formulation of motion equations in end-effector coordinates, the use of a disturbance observer based on the general momentum as well as a model predictive controller lead to very well results in terms of accuracy, implementation and computing time. This applies particularly, if large friction losses as they occur in drives, have to be taken into account. Therefore this method is particularly suitable for industrial applications.
Since a mathematical model is needed for all proposed control schemes, the determination of motion equations in terms of different coordinate formulations makes up a large part of this report. The advantages and disadvantages, such as the different types of singularities and the elimination of constraint forces by means of orthogonal projections are elaborated. Although a novel approach for the projection of motion equations in terms of end effector coordinates is derived.
At first, the decentralized control scheme is considered. It will be shown that antagonistic Forces which are inherent to the control-scheme can be compensated by means of a filter.
Afterwards, the large class of model-based control schemes is reviewed in which a so called computed torque controller (CTC), i.e. the use of a feed-forward control in the form of the inverse dynamics, and an augmented PD (APD) controller are used.
The joint velocities where observed by means of a high gain observer and the disturbances by means of a disturbance observer.
Finally, the already mentioned nonlinear model predictive control scheme in terms of end-effector coordinates which minimizes the future trajectory error due to an optimal actuating variable is described. The resulting approach can be structurally incorporated into an APD controller with variable gains. The controller setup is an automated process due to the prediction.
The proposed control schemes and methods where experimentally validated by means of a two degree of freedom planar mechanism with industrial torque motors