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Resin infiltration of trauma-induced enamel cracks - a proof-of-concept
No full textObjectives: The aim of this in-vitro study was to investigate the masking efficacy of adhesively sealed enamel cracks with resin infiltration compared with the use of a universal adhesive.
Methods: Enamel cracks were induced on the labial surfaces of bovine teeth using a pendulum impact tester. Specimens were treated adhesively by resin infiltration with ICON (DMG) or Scotchbond Universal Plus (3M). Standardized digital images were taken pre- and postoperatively by three methods: flashlight from the front, transmitted light from behind, and DiagnoCam (KaVo). Four calibrated raters performed the qualitative visual evaluation of all images of each type: severely visible enamel cracks (1), clearly visible enamel cracks (2), slightly visible/aesthetically acceptable enamel cracks (3) and no visible enamel cracks (4). Specimens were selected to measure infiltration depth by confocal microscopy.
Results: Postoperatively, the masking efficacy in teeth with enamel cracks was significantly higher using ICON compared with Scotchbond Universal Plus in all groups (p < 0.001). Infiltration depths of ICON were significantly higher compared to those of Scotchbond Universal Plus (p < 0.002).
Conclusions: Resin infiltration offers a straightforward and effective treatment option for masking trauma-induced enamel cracks, demonstrating superior efficacy over adhesive sealing. Further studies are necessary to evaluate the long-term stability of the optical improvements achieved through resin infiltration.
Clinical Significance: Resin infiltration might pose a therapeutic option for clinicians to enhance the aesthetic appearance of trauma-induced enamel cracks
Convergence of a quasi-Newton method for solving systems of nonlinear underdetermined equations
No full textThe development and convergence analysis of a quasi-Newton method for the solution of systems of nonlinear underdetermined equations is investigated. These equations arise in many application fields, e.g., supervised learning of large overparameterised neural networks, which require the development of efficient methods with guaranteed convergence. In this paper, a new approach for the computation of the Moore–Penrose inverse of the approximate Jacobian coming from the Broyden update is presented and a semi-local convergence result for a damped quasi-Newton method is proved. The theoretical results are illustrated in detail for the case of systems of multidimensional quadratic equations, and validated in the context of eigenvalue problems and supervised learning of overparameterised neural networks.rised neural networks
Emotionale Erlebenskomponenten bei der Narrativen Rezeption: Konzept, Messung und Auswirkungen emotionaler Wechsel auf den Rezeptionsprozess und seine Ergebnisse
No full textDiese Dissertation untersucht die Rolle emotionaler Wechsel im komplexen Prozess der narrativen Rezeption, mit einem besonderen Fokus auf ihre Beziehung zur narrativen Immersion (Transportation) und emotionalen Ereigniskongruenz sowie auf die Auswirkungen auf Ergebnisse des Rezeptionsprozesses. Trotz wachsender Forschung zur Rolle von Emotionen in der narrativen Rezeption und ihrer Verbindung zur Transportation—einem zentralen Mechanismus narrativer Effekte—sind die empirischen Belege weiterhin uneindeutig, und die Eckpfeiler ihrer Überschneidungen und Unterschiede sind noch nicht vollständig geklärt. Manuskript 1 verwendet textanalytische, subjektive und psychophysiologische Methoden, um emotionale Ereigniskongruenz zu untersuchen, indem emotionale Verläufe in verschiedenen Geschichteneinheiten und Genres mit dem Erleben der Rezipierenden verglichen werden. Manuskript 2 berichtet über zwei Experimente, die die unterschiedlichen Auswirkungen von Geschichten mit und ohne Valenzwechsel auf Erlebensprozesse und persuasive Effekte untersuchen und die Beziehung zwischen emotionaler Ereigniskongruenz und Transportation beleuchten. In Manuskript 3 wird die narrative Modalität manipuliert, um die Äquivalenz von schriftlich und mündlich erzählten Geschichten in Bezug auf Transportation, emotionale Wechsel und Veränderungen in selbstberichteter Empathie zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass die emotionale Textbasis und das emotionale Erleben in emotional eindeutigen Geschichtenteilen stärker miteinander zusammenhängen und emotionale Wechsel anhand struktureller Einheiten analysiert werden können (M1). Durchgängig positive Valenz kann die Überzeugungskraft von Kurzgeschichten verstärken, während Transportation und emotionale Ereigniskongruenz unabhängig von den emotionalen Verläufen zur narrativen Überzeugungskraft beitragen (M2). Emotionales Erleben und Transportation können unabhängig voneinander manipuliert werden (M2, M3) und werden unterschiedlich durch die narrative Modalität beeinflusst (M3), was darauf hindeutet, dass sie verschiedene Aspekte narrativer Immersion widerspiegeln. Die Intensität emotionaler Wechsel steht in engerem Zusammenhang mit Transportation als deren Häufigkeit und könnte für persuasive Effekte entscheidender sein, obwohl sie nicht für Veränderungen in der Empathie relevant ist, wo emotionales Bewegt Sein eine Schlüsselrolle spielen kann. Im Rahmen meiner Forschung diskutiere ich mögliche Weiterentwicklungen von Nabi und Greens (2015) emotional flow framework.This thesis examines the role of emotional shifts in the complex process of narrative reception, with a particular focus on their relationship to narrative transportation and emotional event congruence, as well as their impact on outcomes. Despite a growing body of research on the role of emotion in narrative reception and its link to transportation—a central mechanism of narrative effects the empirical evidence remains inconclusive, and the cornerstones of their overlaps and differences are not yet fully understood. Manuscript 1 employs text-analytic, subjective, and psychophysiological measures to investigate emotional event congruence by comparing emotional trajectories across different story units and genres with audience
experiences. Manuscript 2 presents two experiments investigating the different effects of stories with and without valence shifts on experiential processes and persuasive effects, and the relationship between emotional event congruence and transportation. Manuscript 3 manipulates narrative modality to assess the equivalence of written and orally narrated stories in relation to transportation, emotional shifts, and changes in self-reported empathy. The findings demonstrate that textual sentiment and emotional experience correspond higher in unambiguous story parts, and that emotional shifts can be analyzed using structural units (M1). Continuously positive valence may enhance persuasiveness of short stories, while transportation and emotional event congruence contribute to narrative persuasion independent of emotional trajectories (M2). Emotional experience and transportation can be independently manipulated (M2, M3), and are affected differently by narrative modality (M3), suggesting they reflect different aspects of narrative immersion. The intensity of emotional shifts is more closely related to transportation than their frequency and may be more crucial for persuasive effects, although it is not relevant for changes in empathy, where being moved may play a key role. As part of my research, I discuss possible advances of Nabi and Green’s (2015) emotional flow framework
Dictionary of Lower Franconian Sheep Farming
No full textDie Publikation erschließt den fachsprachlichen Wortschatz des unterfränkischen Schäfereiwesens in einem alphabetisch geordneten Wörterbuch. Ausgehend von der Gegenwart und der jüngeren Vergangenheit wurden sowohl standardsprachliche als auch dialektale Lexeme aufgenommen. Die einzelnen Wörterbuchartikel enthalten je nach Bedarf genauere semantische, grammatische und etymologische Informationen, ferner typische Gebrauchsbeispiele sowie Hinweise zur situativen Nutzung der jeweiligen Wörter. Spezielle Register sind den Dialektwörtern und besonderen Tätigkeitsfeldern der Schäfer (Umgang mit Arbeitshunden, Hüten und Pferchen, Schafkrankheiten) gewidmet. In der Einleitung werden Aufbau und Entstehung des Wörterbuchs geschildert, ferner die Richtlinien, die bei der Erstellung der Wortartikel zum Tragen kamen. Zahlreiche Sachabbildungen und Kartendarstellungen, die einzelnen Lemmata zugeordnet sind, vertiefen die Darlegungen zum unterfränkischen Schäfereiwesen und seiner Fachsprache. Das Wörterbuch geht auf eine bürgerwissenschaftliche Initiative zurück und wurde in Kooperation mit dem Unterfränkischen Dialektinstitut der Universität Würzburg erarbeitet.The publication compounds the specialized terminology associated with Lower Franconian sheep farming in an alphabetically ordered dictionary. Included are lexemes from both Standard German and local dialect(s) as used contemporarily and in the recent past. The respective dictionary articles include, depending on relevance, further semantic, grammatical and etymological information alongside documented examples as well as details for the situational usage of those words. Special indexes are dedicated to dialect words as well as specific areas of shepherds’ work (handling of working dogs, herding and penning, diseases). The introduction outlines the structure of the dictionary as well as its genesis, along with the guidelines that underly the creation of the dictionary articles. Numerous illustrations and maps further relate to specific lemmas and expand the scope of information on Lower Franconian sheep farming and its jargon. The dictionary originated as a citizen science initiative and was developed in cooperation with the Lower Franconian Dialect Institute (Unterfränkisches Dialektinstitut) at the University of Würzburg
Elektrophysiologische Untersuchung der Rigiditätszunahme durch Froment-Manöver bei Parkinson-Patienten
No full textObjective: The aim of our project is to investigate the physiological basis of rigidity and its increase during co-innervation (Froment maneuver). In particular, it will be examined whether the influence of contralateral movements on muscle tone is mediated via cortical pathways. Understanding the underlying network is a prerequisite for developing targeted neuromodulation and/or exercise approaches to treat rigidity.
Background: In the 1920s, ist Jules Froment extensively studied conditions that might cause or exacerbate rigidity in Parkinson's disease. He observed tone fluctuations with changes in static posture and especially with contralateral extremity movements (Froment and Gardère 1926).
Methods: In our study 42 patients with idiopathic PD and 42 healthy subjects were included transcranial magnetic stimulation (TMS) of the primary motor cortex (M1) of the non-dominant hemisphere was used to record motor-evoked potentials (MEP) from the first dorsal interosseous (FDI) muscle of the opposite hand. The following parameters were assessed: resting (RMT) and active (AMT) motor threshold, MEP latency and amplitude, latency and duration of the contralateral (cCSP) and ipsilateral cortical silent period (ISP). Transcallosal conduction time (TCT) was calculated as the difference between ISP latency and MEP latency. Subsequently, participants were asked to open and close their hand ipsilateral to the M1 where TMS was applied (Froment maneuver), and these physiological measures were reassessed. Thus, the effect of the Froment maneuver on electrophysiological parameters in Parkinson's patients and healthy control individuals was examined.
Results: As a result of our study (Table 1), we observed that the cCSP, obtained in Parkinson's Patients were decreased during the Froment maneuver. Again, we observed that the threshold of active motor arousal und passive motor arousal increased during the Froment maneuver in patients with Parkinson's disease.
In our study, we also found an increase in MEP amplitude and prolongation of iCSP duration during the Froment maneuver in healthy subjects. We also found that AMT increased during the Froment maneuver in the control group. These findings were statistically significant.
Conclusions: Our findings show that the Froment maneuver causes a significant shortening of the cCSP duration in Parkinson's patients, whereas it does not cause a significant change in the iCSP duration. It also shows that FM causes a significant increase in iCSP duration in healthy controls. The increased transcallosal inhibition observed during Froment maneuver in healthy subjects was not observed in Parkinson's patients. We suggest that transcallosal inhibition balances the cCSP duration from the motor cortex to the muscles during the organization of bimanual movement.
We hypothesize that the observed lack of an increase in intracortical inhibition (iCSP) during the Froment maneuver—an increase that would typically be mediated through the transcallosal pathway in healthy individuals—might be a key factor contributing to the reduction in cortical inhibition as measured by cCSP duration. This reduction in cCSP duration may, in turn, be responsible for the heightened rigidity seen in Parkinson's patients.Ziel:
Ziel unseres Projekts ist es, die physiologischen Grundlagen der Rigidität und deren Zunahme während der Ko-Innervation (Froment-Manöver) zu untersuchen. Insbesondere soll geprüft werden, ob der Einfluss kontralateraler Bewegungen auf den Muskeltonus über kortikale Bahnen vermittelt wird. Das Verständnis des zugrunde liegenden Netzwerks ist Voraussetzung für die Entwicklung gezielter neuromodulatorischer und/oder bewegungstherapeutischer Ansätze zur Behandlung von Rigidität.
Hintergrund:
In den 1920er Jahren untersuchte Jules Froment ausführlich Zustände, die eine Rigidität bei Parkinson-Patienten auslösen oder verschlimmern könnten. Er beobachtete Tonusschwankungen bei Haltungsveränderungen und insbesondere bei Bewegungen der kontralateralen Extremität (Froment und Gardère, 1926).
Methoden:
In unsere Studie wurden 42 Patienten mit idiopathischem Parkinson-Syndrom (PD) und 42 gesunde Probanden eingeschlossen. Mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) des primären motorischen Kortex (M1) der nicht-dominanten Hemisphäre wurden motorisch evozierte Potenziale (MEP) im ersten dorsalen Zwischenknochenmuskel (FDI) der gegenüberliegenden Hand gemessen. Dabei wurden folgende Parameter erfasst: Ruhe- (RMT) und aktive (AMT) motorische Schwelle, MEP-Latenz und -Amplitude, Latenz und Dauer der kontralateralen (cCSP) sowie der ipsilateralen kortikalen Stillperiode (iCSP). Die transkallosale Leitungszeit (TCT) wurde als Differenz zwischen iCSP-Latenz und MEP-Latenz berechnet.
Anschließend wurden die Teilnehmer gebeten, ihre Hand auf der zur TMS-Anwendung ipsilateralen Seite zu öffnen und zu schließen (Froment-Manöver), und die physiologischen Parameter wurden erneut gemessen. So wurde der Effekt des Froment-Manövers auf elektrophysiologische Parameter bei Parkinson-Patienten und gesunden Kontrollpersonen untersucht.
Ergebnisse:
In unserer Studie (Tabelle 1) beobachteten wir, dass die Dauer der kontralateralen kortikalen Stillperiode (cCSP) bei Parkinson-Patienten während des Froment-Manövers verkürzt war. Zudem stellten wir fest, dass sowohl die aktive als auch die Ruhe-Motorschwelle während des Froment-Manövers bei Parkinson-Patienten anstieg.
Bei den gesunden Probanden zeigte sich während des Froment-Manövers eine Zunahme der MEP-Amplitude sowie eine Verlängerung der Dauer der ipsilateralen kortikalen Stillperiode (iCSP). Auch hier stieg die aktive Motorschwelle (AMT) signifikant an.
Schlussfolgerungen:
Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Froment-Manöver bei Parkinson-Patienten eine signifikante Verkürzung der cCSP-Dauer verursacht, während es keine signifikante Veränderung der iCSP-Dauer bewirkt. Bei gesunden Kontrollpersonen hingegen führte das Froment-Manöver zu einer signifikanten Verlängerung der iCSP-Dauer. Die bei gesunden Personen beobachtete verstärkte transkallosale Inhibition während des Froment-Manövers war bei Parkinson-Patienten nicht nachweisbar.
Wir vermuten, dass die transkallosale Inhibition eine Rolle bei der Regulation der cCSP-Dauer vom motorischen Kortex zu den Muskeln während der Organisation bimanualer Bewegungen spielt.
Wir nehmen an, dass das Fehlen einer Zunahme der intrakortikalen Inhibition (iCSP) während des Froment-Manövers – eine Zunahme, die bei gesunden Personen typischerweise durch die transkallosale Bahn vermittelt wird – ein Schlüsselfaktor für die reduzierte kortikale Inhibition (verkürzte cCSP-Dauer) bei Parkinson-Patienten sein könnte. Diese reduzierte cCSP-Dauer könnte wiederum mitverantwortlich für die verstärkte Rigidität bei Parkinson-Patienten sein
Digitale Medien in Lehr-Lern-Konzepten der Lehrpersonenbildung in interdisziplinärer Perspektive
No full textDer open access Sammelband zeigt auf, wie digitalisierungsbezogene Kompetenzen von Studierenden und Dozierenden der Lehrpersonenbildung auf Basis interdisziplinären Zusammenwirkens von Bildungswissenschaften und Fachdidaktiken unter besonderer Berücksichtigung der Mensch-Computer-Interaktion gefördert werden können. Zehn Forschungsprojekte präsentieren ihre innovativen und wissenschaftlich fundierten Lern-Lehr-Konzepte, die sie gestaltet, implementiert und evaluiert haben. Hierbei kamen u.a. Augmented und Virtual Reality, Simulationen und adaptive Lernumgebungen zum Einsatz
Effects of Isosteviol Sodium in an Model of Stroke at the Blood-Brain Barrier
No full textDer Schlaganfall stellt die weltweit zweithäufigste Todesursache und die dritthäufigste
Ursache für Tod und Behinderung dar (World Health Organization, 2020, Stroke
Collaborators, 2021). Pathophysiologisch kommt es im Rahmen des Schlaganfalls zur
Unterbrechung der Blut-Hirn-Schranke (BBB), welche zu Sekundärfolgen wie einem
Hirnödem und gesteigerter Inflammation führt (Keaney and Campbell, 2015).
Stevia-Derivate sind Naturstoffe ohne nennenswerte Nebenwirkungen (Samuel et al.,
2018). Durch eine Behandlung mit Isosteviol-Natrium (STVNA) konnten nach einem
Schlaganfall sowohl das postikterische Ödem als auch die Inflammation reduziert
werden (Xu et al., 2008, Hu et al., 2016). In Endothelzellen der BBB konnten protektive
Effekte auf die Barriere-Eigenschaften und Zellschwellung bestätigt werden (Rosing et
al., 2020). Zudem wurden in vivo Inflammations- und Apoptose-Marker, wie NF-kB, TNF-
a, IL-1 und Caspase-3 vermindert (Zhang et al., 2017). In Jurkat-Zellen konnte als
möglicher zugrundeliegender Mechanismus eine Wirkung von Steviosiden auf den
Glukokortikoid-Rezeptor (GR) nachgewiesen werden (Panagiotou et al., 2018). An der
BBB konnten Glukokortikoide zwar positive Wirkungen auf die BBB zeigen, spielen
allerdings in der Therapie des ischämischen Schlaganfalls aufgrund des proteasomalen
Abbaus des GR keine Rolle (Poungvarin, 2004, Forster et al., 2005).
In Bezug auf die hier untersuchten cerebEND-Zellen der BBB konnte zum ersten Mal
eine signifikante Reduktion der Ausschüttung des proinflammatorischen IL-6 durch
STVNA gezeigt werden. Zudem vermindert die gemeinsame Behandlung mit STVNA
und Dex die Zytotoxizität von Dex. Die Expression von NF-kB p65 und der Apoptose-
Marker Caspase-3 und Bax wurden durch STVNA tendenziell reduziert. Als möglicher
zugrundeliegender Mechanismus hinter diesen Effekten konnte der GR nicht bestätigt
werden. In Immunfluoreszenz-Aufnahmen führte STVNA zwar zu einer leichten
Translokation des GR in den Nukleus, allerdings ohne die Transaktivierung im
Luciferase-Assay zu steigern.
Dies erweitert die bekannten Effekte von STVNA sowohl in Endothelzellen als auch
allgemein im Rahmen eines ischämischen Schlaganfalls. Die Effekte von STVNA und
Dex bei einer gleichzeitigen Behandlung lassen eine Rolle von STVNA als Co-Therapie
möglich erscheinen. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind allerdings weiterhin
weitgehend unbekannt und bedürfen weiterer Untersuchungen.Stroke is the second leading cause of death and the third leading cause of death and disability combined worldwide (World Health Organization, 2020; Stroke Collaborators, 2021). Pathophysiologically, stroke is associated with disruption of the blood-brain barrier (BBB), which leads to secondary consequences such as cerebral edema and increased inflammation (Keaney and Campbell, 2015).
Stevia derivatives are natural compounds with no significant side effects (Samuel et al., 2018). Treatment with isosteviol sodium (STVNA) has been shown to reduce both post-ischemic edema and inflammation following stroke (Xu et al., 2008; Hu et al., 2016). Protective effects on barrier integrity and cell swelling have also been demonstrated in BBB endothelial cells (Rosing et al., 2020). Moreover, in vivo studies have reported reduced expression of inflammatory and apoptotic markers such as NF-κB, TNF-α, IL-1, and caspase-3 (Zhang et al., 2017). In Jurkat cells, a potential underlying mechanism was identified involving the modulation of the glucocorticoid receptor (GR) by steviosides (Panagiotou et al., 2018). While glucocorticoids have shown beneficial effects on BBB function, they are not employed in the treatment of ischemic stroke due to proteasomal degradation of the GR (Poungvarin, 2004; Forster et al., 2005).
In the present study, using cerebellar endothelial cells (cerebEND cells) as a model of the BBB, we demonstrate for the first time a significant reduction in the release of the pro-inflammatory cytokine IL-6 following STVNA treatment. Furthermore, co-treatment with STVNA and dexamethasone (Dex) decreased Dex-induced cytotoxicity. Expression levels of NF-κB p65, as well as the apoptotic markers caspase-3 and Bax, were also moderately reduced by STVNA. However, the GR could not be confirmed as a mediating mechanism behind these effects. Although STVNA induced slight nuclear translocation of GR in immunofluorescence imaging, it did not enhance GR transactivation in luciferase reporter assays.
These findings expand the current understanding of STVNA's effects in endothelial cells and within the context of ischemic stroke. The observed interactions between STVNA and Dex suggest that STVNA may serve as a potential co-therapeutic agent. Nevertheless, the underlying molecular mechanisms remain largely unclear and warrant further investigation
NMR spectroscopy in teacher training: Development and evaluation of contextualized experiments and experiments for kinetic investigations
No full textNMR-Spektroskopie (engl. nuclear magnetic resonance, kernmagnetische Resonanz) ist eine der wichtigsten Analysemethoden in der modernen chemischen Forschung. Allerdings gilt NMR-Spektroskopie als schwierig zu lehren und lernen, wobei spezifischere empirische Untersuchungen zu diesem hochschuldidaktischen Thema fehlen. Insbesondere der Einsatz von Experimenten zur NMR-Spektroskopie ist wenig untersucht. Dies liegt unter anderem an den hohen Anschaffungs- und Wartungskosten von NMR-Spektrometern. Speziell Lehramtsstudierende der Chemie sammeln daher in ihrem Studium kaum Erfahrungen mit NMR-Experimenten. Seit etwa 15 Jahren gibt es jedoch kompakte Benchtop-NMR-Spektrometer, die auf der Grundlage von Permanentmagneten im Niedrigfeld-Bereich arbeiten. Sie zeichnen sich durch geringere Kosten sowie eine einfache Handhabung aus und eignen sich deswegen für den Einsatz in der Hochschullehre. Im Rahmen dieser Arbeit wurden für diese Spektrometer Experimente entwickelt, die sich im Chemie- und Lehramtsstudium in einem Hochschulpraktikum einsetzen lassen. Der Fokus lag dabei darauf, kontextualisierte Versuche zu konzipieren, die an bestehendes Alltagswissen der Studierenden anschließen können. Zum Kontext Alkohole wurden daher Experimente entwickelt, mit denen sich die Grundlagen der NMR-Spektroskopie anhand der Spektren einfacher Alkohole vermitteln lassen. Säfte und Spirituosen eignen sich für qualitative und quantitative Analytik mittels NMR-Spektroskopie. In Fruchtsäften lassen sich Art und Menge verschiedener Zucker nachweisen, in Spirituosen kann der Methanol- und Ethanolgehalt bestimmt werden. Der Prozess der alkoholischen Gärung bietet einen Einstieg in die Verfolgung chemischer Reaktionen (Reaction monitoring). Die Hydrolyse von Saccharose als Teilschritt dieser biochemischen Reaktion eignet sich für tiefgreifendere kinetische Untersuchungen. Daneben wurden auch weitere einfache chemische Reaktionen und deren Kinetik analysiert. Mit dem verwendeten Benchtop-Spektrometer und den entwickelten Methoden ließen sich Ergebnisse erzielen, die im Bereich der Literatur- und Referenzwerte liegen. Eine didaktische Aufarbeitung dieser Experimente wurde im Rahmen eines Hochschulpraktikums an der Universität Würzburg durchgeführt und evaluiert. Das fachliche und fachdidaktische Wissen der Studierenden nahm im Laufe des Praktikums zu und es zeigte sich, dass kontextualisierte Versuche das Interesse an NMR-Experimenten wecken können. Zusätzlich wurde eine Schülerlaborstation erarbeitet und evaluiert. Dabei wurde deutlich, dass auch Schülerinnen und Schüler die Grundideen der NMR-Spektroskopie verstehen und sich für dieses moderne Messverfahren begeistern können. Mit dieser Arbeit steht somit eine experimentelle Erarbeitung der NMR-Spektroskopie für verschiedene Lerngruppen zur Verfügung.Without a doubt, Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is one of the most important analytical techniques in chemistry, and is therefore a component of almost all undergraduate chemistry programs. However, NMR is quite difficult both to teach and to learn due to the lack of knowledge about pedagogical aspects, especially regarding the use of NMR in laboratory courses. One reason may be that high-field NMR spectrometers, which are frequently used in research, are expensive and difficult to operate. Since 2010, compact benchtop NMR spectrometers have been available that offer a comparatively cheap alternative to high-field spectrometers and are ideally suited for educational purposes. This work aims to provide NMR experiments for such low-field spectrometers. The proposed experiments should be suited for use in laboratory courses at the undergraduate level, specifically aimed at future chemistry teachers. A primary concern in designing the experiments was to ensure a close relation to the everyday life of students. Hence, different alcohols are used to practice the interpretation of simple NMR spectra. Qualitative and quantitative analytical studies are feasible using juices and alcoholic beverages to determine sugar, ethanol, and methanol content. Alcoholic fermentation is used to introduce reaction monitoring via NMR spectroscopy. As one of the first steps in this biochemical reaction, the hydrolysis of sucrose is suited for more sophisticated kinetic investigations. Besides, simpler chemical reactions are also analyzed in terms of their kinetic properties. In nearly all experiments the applied methods produced results within expected and acceptable ranges. Three of the developed experiments were implemented in a laboratory course for teaching degree students at the University of Wuerzburg. The evaluation of this course showed that students benefit from the laboratory course as their content knowledge (CK) and pedagogical content knowledge (PCK) increased. The findings also indicate that experiments with a close relation to everyday life can stimulate interest in NMR experiments. Additionally, a laboratory course designed for high school students is presented. It is apparent that even high school students can understand the fundamental principals of NMR spectroscopy and that taking the laboratory course increases their interest in this analytical technique. The developed materials for all courses and experiments are available in the appendix of this work
In-vitro simulation of endovascular recording of cerebral spreading depolarizations
No full textThis study aimed to demonstrate the feasibility of endovascular recording of low-frequency cortical voltage signals—such as spreading depolarizations (SD)—using clinically approved interventional devices. A custom HEC-NaCl gel phantom simulated tissue conductivity with two NaCl concentrations (0.05% and 0.15%) to mimic cortical gray matter. Voltage was measured using a four-point setup: two outer electrodes created a defined field, while two inner electrodes recorded potentials at three depths (80, 115, 150 mm).
Input signals included sinusoidal DC at 0.5 Hz, 1 Hz, and 45 Hz, as well as square and triangular waves. Applied voltages were <10 mV, reflecting neurophysiological signal levels. All data were digitally recorded and analyzed via a MATLAB script using automatic cosine fitting to extract amplitude, frequency, offset, slope, and phase.
A DC amplifier (gain ×250) allowed detection of millivolt signals but required high input impedance and showed sensitivity to artifacts and baseline drift. Signal-to-noise ratio (SNR) was used to assess quality; low-SNR signals were digitally smoothed and low-pass filtered (100 Hz) to remove high-frequency noise.
Eight CE-certified neuro/cardiological devices were tested, including CatchView, Solitaire2, Synchro2, PressureWire X, and others. All recorded stable signals regardless of orientation or depth. Higher NaCl concentration yielded stronger amplitudes; depth had no relevant impact.
Signals were also reliably detected within a large-bore intermediary catheter (SOPHIA Plus), excluding shielding effects and supporting the feasibility of intraluminal signal acquisition.
This is the first demonstration that slowly propagating cortical signals can be recorded under controlled conditions using standard endovascular tools—without major signal distortion. These findings provide proof of concept for minimally invasive, tissue-based neurodiagnostics and may support future applications in stroke, epilepsy, migraine, or neurodegeneration.Ziel dieser Studie war der Machbarkeitsnachweis einer endovaskulären Ableitung niederfrequenter kortikaler Spannungssignale – etwa Spreading Depolarizations (SD) – mithilfe klinisch zugelassener Interventionsgeräte. Ein speziell entwickeltes HEC-NaCl-Gel-Phantom simulierte die Gewebeleitfähigkeit mit zwei NaCl-Konzentrationen (0,05 % und 0,15 %) zur Nachbildung kortikaler Leitfähigkeit. Die Messung erfolgte im Vier-Punkt-Aufbau: Zwei äußere Elektroden erzeugten ein Feld, zwei innere Elektroden erfassten Potenziale in drei Tiefen (80, 115, 150 mm).
Als Eingangssignale dienten sinusförmige Gleichstromimpulse (0,5 Hz, 1 Hz, 45 Hz) sowie Rechteck- und Dreieckssignale. Die Spannung lag unter 10 mV. Die Auswertung erfolgte digital mittels MATLAB und automatischer Cosinus-Fit-Funktion zur Extraktion von Amplitude, Frequenz, Offset, Steigung und Phase.
Ein externer DC-Verstärker (Gain ×250) ermöglichte die Detektion schwacher Signale, erforderte jedoch hohe Impedanz und war anfällig für Artefakte und Drift. Die Signalqualität wurde über das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bewertet; bei niedrigem SNR erfolgten digitale Glättung und 100 Hz-Tiefpassfilterung.
Getestet wurden acht CE-zertifizierte neuro- und kardiologische Interventionsgeräte, darunter CatchView, Solitaire2, Synchro2 und PressureWire X. Mit allen Geräten wurden stabile Signale unabhängig von Tiefe oder Orientierung detektiert. Höhere NaCl-Konzentrationen führten zu stärkeren Amplituden; die Messtiefe hatte keinen relevanten Einfluss.
Auch innerhalb eines großlumigen Intermediärkatheters (SOPHIA Plus) konnten Signale zuverlässig erfasst werden – potenzielle Abschirmeffekte wurden ausgeschlossen.
Die Ergebnisse zeigen erstmals unter kontrollierten Bedingungen, dass sich langsam propagierende kortikale Signale mit Standardinstrumenten zuverlässig und verzerrungsfrei ableiten lassen. Dies liefert einen entscheidenden Machbarkeitsnachweis für eine gewebebasierte, minimalinvasive Neurodiagnostik bei Schlaganfall, Epilepsie, Migräne oder neurodegenerativen Erkrankungen