University of Kaiserslautern
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Synthetic Image Data for the Development, Analysis and Evaluation of Image Processing Methods
Get PDFThe rise of artificial intelligence (AI) as a general solution in image processing problems, such as segmentation and detection tasks, has sparked growing interest in generating synthetic image data. A significant factor is that real data is often not available in sufficient quantity or quality for the thorough development, evaluation, and analysis of solutions. The reasons for this are diverse: image acquisition can be costly, labeling may require unfeasible and error-prone manual annotation, or the data may have low variability that does not allow for generalization. With the increase in computational power over the last few decades, synthetic data has become an essential component in the development of solutions as it addresses the shortcomings of real data. Furthermore, it provides almost unlimited diversity, is easily acquired, and comes with perfect annotation.
This thesis consists of three parts that highlight the significance of synthetic data in developing, validating, and analyzing methods and results in image processing.
In the first part, we present a convex optimization method for removing stripe artifacts. These elongated and parallel corruptions appear frequently with various imaging techniques including light-sheet fluorescence microscopy (LSFM), focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM), and remote sensing. Our approach offers intuitive parametrization and is highly flexible to different scenarios of image structures and stripes. We demonstrate the effectiveness and advantages of our approach over existing solutions by comparing them across real images from LSFM, FIB-SEM, and remote sensing through visual inspection. Based on synthetic LSFM data obtained by simulating physical light propagation we enrich our analysis by comparing the processed images to ground truth data and quantitatively confirming the performance observed on real data.
In the second part, we discuss the assessment of quality for results in binary image segmentation tasks by comparing a large variety of established traditional metrics and distance-based approaches. This includes a distance-based metric that we propose, which captures the spatial distribution of errors while offering desirable properties such as normalization and interpretability. Using predominantly synthetic data and some real segmentation results, we perform a thorough analysis of the segmentation metrics across diverse conditions. This demonstrates the robustness and effectiveness of our metric in distinguishing errors near the surface from those farther away across different structural contexts. We illustrate its inclusion to real-world segmentation tasks by extending a previous study on segmenting cracks in CT images.
In the third part, we conduct a systematic study of morphologically diverse geometric structures with the goal to characterize the morphology of 3D spatial structures in terms of their anisotropy, scale and angularity based on the measurement of common morphological features. Geometries are entirely generated using stochastic models whose parameters intuitively translate to the studied concepts and yield morphologically diverse structures. Using classical machine learning approaches for dimensionality reduction our study finds a series of measures for anisotropy, scale and angularity based on linear combination of the morphological features that distinguish between synthetic structures accordingly. We exemplify and discuss their use on real data for modeling of general spatial structures.Mit dem Aufstieg künstlicher Intelligenz (KI) als Universallösung für Probleme der Bildverarbeitung wie Segmentierung oder Erkennung wuchs der Bedarf an synthetisch hergestellten Bilddaten. Realdaten stehen oftmals nicht in ausreichender Menge oder Qualität zur Verfügung, um gründliche Auswertungen durchzuführen und robuste Lösungen zu entwickeln. Das Bildverfahren kann kostenintensiv sein, die Erstellung von Segmentierungen kann fehleranfällig und unpraktikabel sein oder die Daten sind schlichtweg nicht vielfältig genug, um generalisieren zu können. Mit zunehmender Rechenleistung in den letzten Jahrzehnten wurde die Erzeugung und Verwendung synthetischer Bilder zu einem essenziellen Schritt in der Entwicklung von Methoden, da sie Defizite der Realdaten ausgleichen oder diese sogar ganz ersetzen können. Dabei bieten sie eine fast unbeschränkte Vielfalt, sind vergleichsweise einfach zu erzeugen und kommen mit perfekter Annotation.
Diese Arbeit ist unterteilt in drei Teile, welche die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile synthetischer Daten für die Entwicklung, Validierung und Analyse in der Bildverarbeitung vorstellen.
Im ersten Teil präsentieren wir ein konvexes Optimierungsverfahren zur Entfernung von Streifenartefakten. Die oftmals langen und parallelen Artefakte treten häufig bei den verschiedensten Aufnahmeverfahren wie Lichtscheiben-Fluoreszenzmikroskopie (LSFM), Rasterelektronenmikroskopie mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB-REM) oder Fernerkundung auf. Unser Ansatz stellt eine intuitive Parametrisierung bereit und kann flexibel auf eine Vielfalt an Bildstrukturen und Streifenartefakten angewendet werden. Wir demonstrieren die Fähigkeiten und Vorteile unseres Verfahrens gegenüber existierenden Lösungen, indem wir diese auf Realbildern von LSFM, FIB-REM und Fernerkundung visuell vergleichen. Synthetische LSFM Daten, welche wir durch Simulation von Lichtausbreitung erhalten, ermöglichen es, die beobachteten Ergebnisse auch quantitativ zu bestätigen.
Im zweiten Teil diskutieren wir die qualitative Bewertung von Bildsegmentierungen. Wir vergleichen eine Vielzahl etablierter klassischer und Distanz-basierter Metriken. Letztere beinhalten eine von uns vorgestellte Metrik, welche die räumliche Verteilung von Fehlern berücksichtigt und Eigenschaften wie Normalisierung und Interpretierbarkeit bietet. Mit großteils synthetischen, aber auch realen Segmentierungsergebnissen analysieren wir die Metriken in verschiedenen Umständen.
Wir zeigen, dass unsere Metrik robust und effektiv oberflächennahe von distanzierten Fehler unterscheiden kann und nutzen sie um eine bereits durchgeführte Studie eines realen Segmentierungsproblems zu vertiefen.
Im dritten Teil führen wir eine systematische Studie morphologisch vielfältiger Geometrien durch, mit dem Ziel die Anisotropie, Größe und Kantigkeit allgemeiner 3D Strukturen anhand gängiger morphologischer Merkmale zu charakterisieren. Zur Erzeugung synthetischer Geometrien nutzen wir stochastische Modelle, deren Parameter intuitiv die Morphologie beeinflussen und entsprechende Vielfältigkeit liefern. Mit klassischen Dimensionsreduktionsmethoden leiten wir eine Reihe von Maßen für Anisotropie, Größe und Kantigkeit her, welche Linearkombinationen der berechneten Merkmale sind und die synthetischen Daten voneinander unterscheiden können. Wir zeigen und diskutieren deren Übertragbarkeit und Anwendung auf reale Daten für die Modellierung von Strukturen
Amtliche Bekanntmachung der RPTU Kaiserslautern-Landau 2026.01
Get PDFAmtliche Bekanntmachung der RPTU Nr.1/22.01.202
Pflanzenviren als Bausteine für dreidimensionale Aktoren
Get PDFZiel des Projektes war ein biologischer Nano-Aktor, der sich gezielt senkrecht zur Oberfläche bewegen kann. Dafür wurden zwei Virentypen kombiniert: die kugelförmigen TBSV-Viren (Tomato Bushy Stunt) als feste und stabile Grundschicht sowie M13-Phagen als bewegliche Elemente. M13-Phagen sind stäbchenförmig, besitzen ein elektrisches Dipolmoment und zei-gen piezoelektrische Eigenschaften – sie eignen sich daher als nanoskalige Aktoren.
Zunächst wurde eine stabile TBSV-Lage auf Silizium angebunden. Mithilfe spezieller Bin-dungssysteme gelang eine feste, homogene Virusbeschichtung, die selbst Ultraschall stand-hielt. Anschließend wurden Methoden entwickelt, um diese Lage gezielt zu strukturieren, etwa durch einen fokussierten Ionenstrahl oder durch präzises „Drucken“ einzelner Viruspartikel via Fluid-FM. So konnten definierte zweidimensionale Muster im Nano- bis Mikrometerbereich erzeugt werden.
Die M13-Phagen wurden gentechnisch so verändert, dass sie nur an einem Ende gezielt an TBSV binden. Dadurch richteten sie sich bei der Präparation überwiegend aufrecht aus – wie winzige flexible Säulen. Mit hochauflösender Rasterkraftmikroskopie wurde gezeigt, dass in Luft über 70 % und in Flüssigkeit über 90 % der Phagen aufrecht stehen und mechanisch stabil sind. Damit wurde die zentrale Voraussetzung für virusbasierte Nano-Aktoren erfüllt.
Für echte 3D-Strukturen wurden die Viruslagen weiter mikrostrukturiert. Die Phagen blieben auch nach Flüssigkeitskontakt aufrecht und funktionsfähig. Noch nicht erreicht wurde der Aufbau mehrerer aktiver Lagen übereinander, da hierfür ein doppelt funktionalisierter Phage notwendig wäre, der bisher nicht hergestellt werden konnte. Auch ein direkter Nachweis der elektrischen Aktorbewegung einzelner Phagen steht noch aus.
Trotz dieser offenen Punkte wurde erfolgreich gezeigt, dass Viren als funktionale Nanobautei-le einsetzbar sind und die Grundlage für zukünftige biohybride Nanomaschinen bilden.
The goal of the project was to create a biological nano-actuator capable of controlled motion perpendicular to a surface. Two viruses were combined: spherical TBSV particles as a strong and stable base layer, and rod-shaped M13 bacteriophages as the active, movable compo-nents. M13-phages exhibit an intrinsic electric dipole moment and piezoelectric behavior, making them suitable actuators at the nanoscale.
A robust binding strategy enabled dense and homogeneous TBSV layers that remained intact even under ultrasound treatment. These layers were then precisely structured using focused ion beam processing or FluidFM printing, generating nanoscale patterns and templates.
Genetically engineered M13-phages were designed to bind specifically at one end to the TBSV layer. During deposition, most phages adopted an upright orientation, forming flexible nanorod-like elements. Advanced atomic force microscopy confirmed that over 70% in air and over 90% in liquid were vertically aligned and mechanically stable. This demonstrated the core requirement for a virus-based nano-actuator.
Further ion beam processing enabled the fabrication of early 3D viral architectures, with the phages maintaining their upright alignment when re-immersed in liquid. Remaining challenges include producing phages that can bind at both ends to allow multilayer actuator stacking and directly measuring individual phage actuation electrically.
Overall, the project successfully established that viruses can function as nanoscale mechani-cal components, providing a strong foundation for future bio-nanorobotic systems
OpenMP-Parallel Discrete Adjoints in SU2 with OpDiLib
Get PDFIn computational engineering, accompanying derivatives help to assess and further process primal simulation results, for example for sensitivity analysis, design optimization, or uncertainty quantification. Discrete adjoint approaches, specifically, compute derivatives that are consistent with the solution procedure of discretized problems, and automatic differentiation (AD) may serve as a key ingredient for their implementation. Discrete adjoints in the open-source multiphysics simulation suite SU2 are based on the operator overloading AD tool CoDiPack, coupled with the MeDiPack add-on for the differentiation of MPI parallelism. With a view on scalability, an additional layer of OpenMP parallelism has recently been added to SU2's primal solvers. To extend this to discrete adjoint solvers, we couple SU2 together with the already applied AD tools with the OpDiLib add-on that introduces operator overloading AD support for OpenMP parallelism. We discuss the impact on SU2's AD workflow, identify differences to pure MPI in terms of AD, and study and improve the parallel discrete adjoint performance on test cases from external aerodynamics
Decidable Fragments and Solver Techniques for String and Sequence Constraints
No full textAutomated reasoning about complex data structures is fundamental to reliable software verification. Strings, in particular, present a unique challenge in Satisfiability Modulo Theories (SMT) due to the intricate interaction between algebraic structure and arithmetic constraints on length, as well as rich regular-language properties arising from real- world regular-expression libraries. These interactions underpin many verification tasks, including symbolic execution, safety checking of string-heavy code, and analysis of parameterised systems, but often push existing SMT-based approaches to their limits.
This thesis addresses these challenges from a computational perspective, fundamentally organised around the idea of constraint propagation through string functions and regular languages. The first part introduces a proof system for Regular Constraint Propagation
(RCP) and identifies a large decidable class of string constraints, the orderable fragment, for which RCP is complete. This fragment strictly subsumes several major known decidable classes, including the chain-free and straight-line fragments. We also prove a limitation theorem: even when augmented with Nielsen-style transformations and the Cut rule, RCP cannot refute all unsatisfiable constraints over word equations and regular languages.
Building on these foundations, the thesis presents OSTRICH2, a modular string solver that integrates RCP with equational splitting, algebraic-datatype reasoning, cost- enriched solving, and preprocessing. OSTRICH2 provides native support for SMT-LIB Unicode strings, ECMAScript-style regular expressions, and string-to-string transductions. A detailed system description is presented, and experiments show that this portfolio architecture is competitive, particularly on unsatisfiable SMT-LIB instances.
We then demonstrate how modern string solvers enable new forms of verification. We introduce HornStr, the first CHC-based solver over the SMT-LIB string theory, which encodes Regular Model Checking (RMC) as constrained Horn clauses. HornStr synthesizes inductive invariants using automata learning techniques combined with string solvers. This yields effective verification for a range of parameterised systems and produces the incremental benchmark suite for the QF S division in the SMT-LIB standard.
Two complementary contributions broaden the scope of the work. We investigate sequences over infinite alphabets, establishing the first systematic decidability and com- plexity results for combining concatenation with expressive constraints like Parametric Automata (PA) and parametric transducers. Additionally, we conduct a study in al- gorithmic learning of monadic decomposition, which yields a polynomial-time algorithm for learning finite unions of integer hypercubes. This result provides a geometric technique for analysing complex Presburger length constraints, which enables their translation into the monadic fragment and thus makes them suitable for established string solver techniques
Konzeption, Durchführung und Evaluation eines E-Learnings zum Thema Positive Psychologie und Mentale Stärke für Lehrkräfte
Get PDFIm Zuge gesellschaftlicher Entwicklungen stehen Lehrkräfte zunehmend vor der Herausforderung aufgrund von vielfältigen Belastungen, neben ihrer fachlichen Kompetenz auch eine hohe mentale Widerstandskraft aufrechtzuerhalten. Die vorliegende Studie stellt ein achtwöchiges E-Learning-Programm vor, das auf dem Modell des positiven Selbstmanagements nach Braun, Bradt & Mihailović (2023) basiert. Das Training kombiniert die Anwendung von Techniken der Positiven Psychologie mit dem gezielten Aufbau zentraler Kompetenzen, darunter wertschätzende Kommunikation und Gesprächsführung, Zeit- und Energiemanagement, Vitalität, Konfliktfähigkeit, Problemlösetechniken und Achtsamkeit. Die Evaluation erfolgte anhand eines 2x3-Wartelisten-Gruppendesigns
mit N = 134 Teilnehmenden über drei Messzeitpunkte hinweg. Signifikante Verbesserungen zeigten sich in der Anwendung von Techniken der Positiven Psychologie, bei wertschätzender Kommunikation und Gesprächsführung, bei Zeit- und Energiemanagement, bei Konfliktfähigkeit, bei Problemlösetechniken, bei Vitalität, bei der mentalen Stärke, bei dem Glückserleben, bei der Arbeitsfähigkeit und dem Flourishing.
Zudem konnte eine signifikante Reduktion des Stresserlebens festgestellt werden. Achtsamkeit war die einzige Variable, bei der keine signifikante Veränderung nachgewiesen wurde. Die Effektstärken lagen im mittleren bis hohen Bereich. Die Ergebnisse belegen, dass psychologische Kompetenzen und mentale Widerstandskraft durch strukturierte digitale Trainingsformate wirksam gefördert werden können
The mitochondrial comrade-of-prohibitin (cohibitin) complex facilitates the biogenesis of inner membrane proteins
Get PDFMitochondrial carriers constitute a large family of proteins in the inner mitochondrial membrane. Due to their hydrophobic nature, they employ a distinct translocation pathway through the TIM22 complex. However, how carriers are inserted and folded in their correct orientation remains poorly understood, and factors that facilitate the biogenesis of carriers have not been identified so far. Therefore, I wondered whether newly imported carrier proteins engage with other proteins at the site of the inner mitochondrial membrane, in addition to the established import proteins.
To find interaction partners of carriers, I developed a proximity labeling approach using the TurboID successor DestniID in yeast. Proximity labeling with a fusion protein consisting of DestniID and Odc1, an oxodicarboxylate carrier, combined with mass spectrometric analysis, revealed Aim11 to be spatially close carriers. Using fluorescence imaging, in vitro imports, swelling and carbonate extraction assays, I could validate that Aim11 is a mitochondrial inner membrane protein. Co-immunoprecipitation revealed that Aim11 is part of a complex comprising three additional rather uncharacterized proteins – Gep7, Iai11, and Mtc3. I employed an inducible CRISPR interference (CRISPRi) system to deplete PHB1 and could show that prohibitin depletion had a synthetic negative effect in combination with a deletion of AIM11. Loss of both complexes led to the decrease of many inner membrane proteins in the whole cell proteome, but mainly affected proteins involved in transmembrane transport and fatty acid metabolism. Besides the classical in vitro import, I employed a carrier cleavage assay, which I developed. I could demonstrate that Aim11 loss not only hampered the import, but also the insertion of carriers into the inner membrane. The absence of Aim11 resulted in a partial mislocalization of carriers into the intermembrane space (IMS), both in vitro and in vivo. Using co-immunoprecipitation, I could show that Aim11 co-eluted with newly synthesized proteins, but only in an intermediate import state, in which the precursors were still susceptible to degradation from the cytosol. Proteins involved in the mitochondria-associated ubiquitin-proteasome system (UPS) also showed negative genetic interaction with the temperature-sensitive tim22-14 mutant, and thus imply that constitutive degradation of carriers at the site of the TOM complex might influence the biogenesis of carriers. The cohibitin complex might prevent carrier degradation and thereby facilitate carrier biogenesis by localizing them close to the inner mitochondrial membrane.Mitochondriale Transporter bilden eine große Familie von Proteinen in der inneren Mitochondrienmembran. Aufgrund ihrer hydrophoben Eigenschaften nutzen sie einen speziellen Transportweg über den TIM22-Komplex. Noch ist ungeklärt, wie die Transporter in ihrer korrekten Ausrichtung inseriert und gefaltet werden. Faktoren, die die Biogenese der Transporter begünstigen, wurden nicht gefunden. Ziel meiner Arbeit war es daher, bislang unbekannte Interaktionspartner von neu importierten Transporterproteinen zu identifizieren.
Um Interaktionspartner von Transportern zu finden, habe ich eine Proximity-Labeling-Strategie unter Verwendung des TurboID-Nachfolgers DestniID in Hefe entwickelt. Proximity-Labeling mit einem Fusionsprotein aus DestniID und einem Oxodicarboxylat-Transporter mit folgender massenspektrometrischer Analyse ergab, dass Aim11 in der Reichweite von Transportern ist. Mithilfe von Fluoreszenzmikroskopie und in-vitro-Importen konnte ich bestätigen, dass Aim11 ein Protein der inneren Mitochondrienmembran ist. Eine Co-Immunpräzipitation ergab, dass Aim11 Teil eines Komplexes mit drei uncharakterisierten Proteinen ist – Gep7, Iai11 und Mtc3. Ich setzte ein induzierbares System ein, welches die Transkription von PHB1 herunterreguliert (CRISPRi). Damit konnte ich zeigen, dass der Verlust von Prohibitinen bei gleichzeitiger Aim11-Deletion einen synthetisch negativen Effekt hatte. Verlust beider Komplexe führte im Zellproteom zur Abnahme von Proteinen, die am Transmembrantransport beteiligt sind. Weiterhin entwickelte ich eine in-vitro Transporterprotein-Spaltungs-Methode. Ich konnte zeigen, dass der Verlust von Aim11 nicht nur den Import, sondern auch die Insertion von Transporterproteinen in die Innenmembran behinderte. Das Fehlen von Aim11 führte in vitro als auch in vivo teilweise zur Fehllokalisation von Transporterproteinen in den Intermembranraum. Mithilfe Co-Immunopräzi-pitationen konnte ich zeigen, dass Aim11 mit neu synthetisierten Proteinen in intermediären Importzuständen interagiert, wo Vorläufer noch anfällig für den zytosolischen Abbau sind. Ein Protein, das am proteasomalen Abbau an der Mitochondrienoberfläche beteiligt ist, zeigte zudem eine negative genetische Interaktion mit der temperaturempfindlichen tim22-14-Mutante. Dies deutet darauf hin, dass der konstitutive zytosolische Abbau von Transporterproteinen deren Biogenese beeinflusst. Der Cohibitin-Komplex verhindert möglicherweise den Abbau von Transporterproteinen, indem er sie in der Nähe der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert
Entwicklung von 3D-druckbaren HGMS-Abscheidekammern für den Einmalgebrauch in biopharmazeutischen und lebensmitteltechnischen Anwendungen
Get PDFIn dem vorliegenden Dissertationsdokument werden die Forschungsresultate zur Anwendung von
Magnetpartikeln in biopharmazeutischen und lebensmitteltechnischen Prozessen vorgestellt.
Durch das hohe Oberflächen-Volumen-Verhältnis von sphärischen Magnetpartikeln sind diese als
Mikrosorbentien und als Trägerpartikel für Enzyme geeignet. Nach einer Oberflächenfunktionalisierung mit Affinitätsliganden lassen sich Biomoleküle spezifisch als Wertprodukte aus komplexen
Systemen isolieren. Bei einem Einsatz als Trägerpartikel für immobilisierte Enzyme ist ihre Wiederverwendung im Rahmen der Biotransformation möglich. Bevor jedoch das Wertprodukt von den
Magnetpartikeln desorbiert werden kann bzw. die Enzym-Magnetpartikel recycliert werden, ist eine
Magnetseparation erforderlich. Durch die super-paramagnetischen Eigenschaften der Partikel
können diese mittels Hochgradienten-Magnetseparation (HGMS) selektiv aus strömenden Mehrkomponenten-Suspensionen abgetrennt werden.
In dieser Arbeit wurden HGMS-Abscheidekammern für den Einmalgebrauch entwickelt. Dabei
wurde hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit eines Magnetpartikel-basierten Prozesses ein hoher
Partikelrückhalt sowie die möglichst verlustfreie Partikelrückgewinnung angestrebt. Die Konstruktion der verschiedenen Abscheidegeometrien erfolgte in der Computer-Aided-Design-Software
Siemens NX 12 (Siemens PLM, Plano, USA). Zur Bewertung der Designs wurden Magnetfeld- und
Strömungssimulationen durchgeführt. Die HGMS-Abscheidekammern wurden zudem so ausgelegt, dass sie im Rahmen des Rapid Prototypings mittels 3D-Druck aus einem pharmazertifizierten
Harz (USP Class VI) gefertigt werden können. Um dem strengregulierten pharmazeutischen
Umfeld Rechnung zu tragen, wurden dabei alle produktberührenden Oberflächen in der HGMSAbscheidekammern aus diesem Kunststoff gebildet. Die HGMS-Abscheidematrix war damit umhüllt und somit von den Prozessfluiden isoliert. Um eine optische Prozesskontrolle zu ermöglichen
und die Partikelrückgewinnung zu beurteilen, wurde ein Verfahren zur Steigerung der Transparenz
von Bauteilen entwickelt. Durch dieses konnte der Mittenrauwert von 0,52 µm auf 0,31 µm gesenkt
werden, was den Anforderungen eines Hygienic Designs entgegenkommt. Zur Charakterisierung
der HGMS-Abscheidekammern wurden diese mit anwendungsspezifischen Magnetpartikel-Suspensionen beaufschlagt und Versuchsparameter variiert. Bevorzugt wurde ein Volumenstrom von
100 mL⸱min-1 gewählt, der geometriekorreliert zu Verweilzeiten von 9,3 - 29,3 s führte. Die Quantifizierung von Partikelverlusten erfolgte über UV/Vis-Messungen. Zu den experimentell beleuchteten Teilgebieten zählte die mRNA-Aufreinigung im Kontext der Impfstoffherstellung über Magnetpartikel und die Verwendung von Enzym-Magnetpartikeln mit ß-Glucosidase-Aktivität für die Veredlung von Craft-Bier. Im Rahmen einer holistischen Betrachtung von der Funktionalisierung der
Partikel bis zu ihrem Recycling wurde der Partikelgrößenverteilung besondere Bedeutung zugeschrieben. Agglomerierte Partikel verfügen über ein reduziertes Oberflächen-Volumen-Verhältnis
und sind daher in jedem Anwendungsgebiet unerwünscht. Um die ursprüngliche Partikelgrößenverteilung wieder herzustellen, wurde Ultraschall als Methode zur De-Agglomeration untersucht
Congnitive demands of predictive language processing: the roles of speech rate and visuospatial working memory
Get PDFWhile there is now ample evidence of prediction in language processing, the overwhelming majority of this evidence comes from “prediction encouraging set-ups”. Thus, while many theories of language processing posit an inherent role of prediction in language processing, the reliance on prediction encouraging set-ups and the findings that some manipulations drastically reduce prediction (e.g. concurrent phonological demand) or that some groups (e.g., non-native speakers, illiterate adults, children, older adults) show reduced prediction have led some to question the ubiquity of predictive language processing. Two standard parts of the “prediction encouraging set-up” are slow speech rates and a minimally demanding processing context/environment. The three studies included in this dissertation manipulate both of those, specifically by using faster speech rates and a concurrent nonlinguistic working memory demand, during the also more demanding task of non-native predictive language processing. I report evidence that simple semantic predictions in non-native English speakers are generally robust to both increases in speech rate and concurrent working memory demands. However, either gaze behavior or predictions that require language/vision interactions as well as predictions that require combining multiple representations may be reduced as demand increases