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The resource-rationality in heuristics applied by humans for planning in probabilistic environments
No full textHuman planning often relies on heuristics, i.e., planning strategies that selectively ignore parts of the environmental information to reduce cognitive costs. According to the framework of resource-rationality, such heuristics reflect adaptive strategies that optimize the trade-off between decision quality and cognitive costs within the limits of available cognitive and temporal resources humans have. Previous studies on resource-rational planning have primarily focused on deterministic environments. However, real-world planning typically involves uncertainty, requiring heuristics that are sensitive to probabilistic outcomes. This thesis investigates whether human planners apply resource-rational heuristics in probabilistic settings, how heuristic selection is influenced by individual cognitive constraints, and how heuristics are adapted to dynamic environmental features.
To address these questions, two behavioral studies were conducted. In both studies, participants performed probabilistic three-step sequential decision-making tasks. Planning was formalized within the model-based reinforcement learning framework, in which planning heuristics are modeled as selective search through a decision tree and planning costs are quantified as decision tree complexity. Bayesian inference was used to infer latent planning parameters and analyze behavior in terms of cost-efficiency and heuristic selection.
Study I assessed whether young adults (18-35 years, n = 57) and older adults (65-75 years, n = 50) reduced planning costs by focusing on the most probable branches of the decision tree while pruning, i.e. ignoring branches of lower probability (low-probability pruning). This heuristic was resource-rational in the given task environment. Additionally, the study examined whether this heuristic was additionally influenced by probability discounting - a decision bias in which outcomes are devalued as the odds against receiving them increase - potentially affecting the selection of heuristics beyond considerations of cognitive cost. Study I showed that participants of both age groups applied the resource-rational pruning heuristic and discounted probabilistic outcomes. Older adults showed stronger discounting, shallower planning depth, and increased decision noise, all of which contributed to lower planning performance compared to younger adults. The findings indicate that resource-rational heuristics are applied in probabilistic environments and that heuristic selection is influenced by age-related differences in cognitive resources and outcome evaluation.
Study II assessed how participants (20-35 years, N = 71) adapt resource-rational heuristics to varying environmental features in a novel probabilistic planning task. Again, the low-probability pruning heuristic was resource-rational but also introduced potential replanning costs when previously pruned outcomes occurred. Replanning costs were systematically manipulated to assess their effect on heuristic adaptation, specifically, whether higher costs led to reduced initial planning expenditures in terms of shallower planning depth to limit overall costs. Study II replicated the use of the resource-rational low-probability pruning heuristic in a new task environment and additionally showed that participants dynamically adjusted their planning depth: higher replanning costs led to shallower initial planning, while lower costs encouraged deeper planning. This suggests that planners regulate planning expenditures in response to environmental demands by balancing immediate and future costs. The observed behavior indicates a meta-cognitive component of resource-rational heuristic selection.
Together, both studies provide empirical evidence that human planners apply resource-rational heuristics and extend previous findings from deterministic to probabilistic environments. The findings suggest that planners estimate how the probabilistic structure of the environment influences expected outcomes and adapt their heuristics accordingly. The selection of heuristics is further adapted to changing environments through dynamic cost estimation and influenced by individual age-related differences. Moreover, this work refines current conceptualizations of planning costs by demonstrating that heuristic selection incorporates both immediate and anticipated future costs.
In addition to its theoretical and empirical contributions, this dissertation provides a methodological foundation for studying resource-rational planning in dynamic, probabilistic environments. The newly developed task design in Study II enables the systematic manipulation of planning costs, allowing for the investigation of underlying mechanisms of the selection of heuristics. Future research should build on this foundation to assess generalizable mechanisms underlying the selection of planning heuristics, incorporate more ecologically valid environments, and further investigate how meta-cognitive processes regulate the efficient allocation of cognitive resources in human planning
Vergleichende Untersuchung von Lymphozytenpopulationen bei Patienten mit Post-COVID-Syndrom und COVID-19 Rekonvaleszenten
No full textDie Langzeitfolgen einer überstandenen SARS-CoV-2-Infektion stellen mehr als vier Jahre nach dem Beginn der Corona-Pandemie weiter eine große Herausforderung für das Gesundheitssystem dar. Vergleichbar mit anderen postviralen Syndromen, sind Patienten mit persistierenden Beschwerden im Sinne eines Post-COVID-Syndroms (PCS, syn. Post-COVID-Condition) häufig mit einer beachtlichen Einschränkung der Lebensqualität konfrontiert. Trotz zahlreicher Studien zur Immundysregulation als Folge einer SARS-CoV-2-Infektion sind die langfristigen Effekte auf die Lymphozyten-Homöostase noch weitgehend ungeklärt. Somit bleiben die diagnostischen und therapeutischen Möglichkeiten, bei bislang nicht vollständig verstandener Pathogenese, limitiert.
Ziel dieser monozentrischen, retrospektiven Kohortenanalyse war zunächst die Bestimmung der Prävalenz des PCS in einer gemischten Kohorte aus COVID-19-Rekonvaleszenten. Der Fokus dieser Arbeit lag dabei auf Veränderungen im Bereich der B-Lymphozyten, um eine potentielle Korrelation zwischen persistierenden Beschwerden und immunzellulären Veränderungen zu prüfen. Im Zuge des Primärscreenings erfolgte der Einschluss von 178 Erwachsenen, die zwischen März 2020 und Februar 2021 im Klinikum St. Georg positiv auf SARS-CoV-2 getestet wurden. Nach einem positiven SARS-CoV-2-Nachweis mittels spezifischer Realtime-PCR erfolgte eine sequentielle Vorstellung in der damals implementierten COVID-19-Ambulanz. Hier wurde eine ausführliche Anamnese hinsichtlich COVID-19-assoziierter- und persistierender Symptome bzw. der Vorerkrankungen erhoben, zudem erfolgte eine körperliche Untersuchung, die Erhebung der Vitalparameter und eine Blutentnahme zur Bestimmung von Routinelaborparametern und Durchführung einer Durchflusszytometrie, wodurch Lymphozyten-Untergruppen und B-Zell-Subpopulationen erfasst wurden. Die Patienten wurden in Abhängigkeit vom Datum der Nachuntersuchung und dem Beginn der Symptome in drei Gruppen unterteilt:
• G1: 85 bis 150 Tage nach Symptombeginn,
• G2: 151 bis 210 Tage nach Symptombeginn,
• G3: 211 bis 320 Tage nach Symptombeginn.
Als Kontrollgruppe wurden Daten von 28 gesunden, nicht exponierten Personen aus der Routinediagnostik genutzt.
Die nach Anwendung der Ausschlusskriterien vollständig auswertbare Studienpopulation umfasste 106 Personen mit einem Durchschnittsalter von 60,7 Jahren (47,2% weiblich). 44 der 106 Patienten (41,6%) hatten eine asymptomatische oder milde SARS-CoV-2-Infektion (WHO-Skala 2-3) und 62 Patienten (58,5%) mussten aufgrund eines moderaten bis schweren Krankheitsverlaufs hospitalisiert werden (WHO-Skala 4-7). Nach überwundener Akutphase der Infektion dokumentierten wir in den Follow-up-Untersuchungen eine Normalisierung der Entzündungsparameter (Blutbild, CRP), der Neutrophilen/Lymphozyten-Ratio und der Gesamtlymphozytenpopulation. Statistisch signifikante Veränderungen waren nicht nachweisbar. Hinsichtlich der immunzellulären Betrachtung zeigte sich eine persistierende Elevation von natürlichen Killerzellen (NK-Zellen) in den Gruppen G1 und G2 sowie eine signifikante Erhöhung von natürlichen Killer-T-Zellen (NKT-Zellen) in der Gruppe G2 im Vergleich zur Kontrollgruppe. Bei den B-lymphozytären Subpopulationen wurde eine Verminderung von Immunglobulin A (IgA+) CD27+, IgG + CD27+, und IgM + CD27− B-Zellen in Gruppe G3 im Vergleich zur Kontrollgruppe festgestellt. Zudem stellte sich eine Erhöhung von transitionalen B-Zellen in den Gruppen G1 und G2 dar.
Nach den Kriterien der WHO-Leitlinie zur „Post-COVID-Condition“ (PCC) wurden 56 der 106 Studienteilnehmer als PCC-Patienten identifiziert (53%). Das Durchschnittsalter betrug 64 Jahre in der PCC-Kohorte und 56 Jahre in der Nicht-PCC (NPCC)-Kohorte. Hinsichtlich der laborchemischen Parameter (Blutbild, CRP) zeigte sich bei PCC- und NPCC-Patienten eine Normalisierung der Mittelwerte. Auffällig war eine persistierende Lymphopenie beim frühen Follow-Up (G1), die sich in den anderen Gruppen (G2, G3) normalisierte. Die Ergebnisse der Durchflusszytometrie ergaben keine signifikanten Unterschiede bezüglich T-Lymphozyten, B-Zell-Subpopulationen sowie NK- und NKT-Zellen. Im Vergleich zur Kontrollgruppe wurden bei den PCC-Patienten der Gruppe G3 eine Reduktion von B-Lymphozyten und klassengewechselten IgA+CD27+ und IgG+CD27+ B-Zellen im Vergleich zu NPCC-Patienten beobachtet.
Insgesamt ließ sich im Rahmen unserer Untersuchungen kein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Auftreten einer Post-COVID-Symptomatik und einer messbaren immunologischen Dysregulation nachweisen, wobei die angewandte B-Zell-Phänotypisierung ausschließlich Veränderungen auf Ebene der Zellpopulationen betrachtete. Um die zugrundeliegenden Prozesse einer Post-COVID-Symptomatik tiefgreifender zu verstehen, wäre die Analyse von RNA-Daten (z.B. Transkriptom-Analyse) in Ergänzung zu den von uns präsentierten Daten potenziell von Bedeutung, insbesondere eine mRNA-Sequenzierung, um einen Vergleich der Geneexpression verschiedener Kohorten zu ermöglichen. Eine solche Analyse könnte die Identifizierung von differenziell exprimierten Genen ermöglichen, die der Post-COVID-Symptomatik zugrunde liegen könnten.:Abkürzungsverzeichnis
Vorbemerkung
1 Einführung
1.1 SARS-CoV-2 Pandemie
1.2 Postvirale Syndrome
1.3 Post-COVID-Syndrom (PCS)
1.3.1 Klinik
1.3.2 Risikofaktoren
1.3.3 Pathogenese
1.4 Das menschliche Immunsystem
1.4.1 Die angeborene Immunantwort
1.4.2 Die erworbene Immunantwort
1.4.3 B-Lymphozyten
1.4.4 Sekundäre Immundefekte
1.5 Ziel der Dissertation
1.5.1 Fragestellung
2 Publikation
3 Zusammenfassung der Arbeit
3.1 Hintergrund
3.2 Fragestellung
3.3 Methoden
3.4 Ergebnisse
3.4.1 Studienpopulation
3.4.2 Laborchemische Veränderungen und Lymphozyten-Phänotypisierung
3.4.3 PCC-Patienten
3.5 Diskussion
3.6 Schlussfolgerung und Ausblick für zukünftige Untersuchungen
4 Literaturverzeichnis
5 Anlagen
5.1 Supplementary Materials der Publikation
Darstellung des eigenen Beitrags
Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit
Lebenslauf
Danksagun
Wirtschaft / Industrie- und Handelskammer zu Leipzig: News, Trends, Impulse für Mitgliedsunternehmen der IHK und Entscheidungsträger
No full textDevelopment of a Simulation Library for Material Flow Modelling in Special Machine Construction
No full textThe machinery building industry designs and constructs customized production lines, relying on simulation tools for design, validation, and project acquisition. However, a lack of standardized, detailed simulation libraries tailored to this sector causes modelling inefficiencies. This paper presents a structured methodology for developing such libraries, using software engineering principles and specialized system analysis. A simulation library focusing on transfer systems was developed using this methodology within Siemens Plant Simulation for Robert Bosch Manufacturing Solutions GmbH (BMG). Evaluation of the library via a complex industrial use case demonstrated a significant reduction in modelling effort, saving approximately 65 hours (90%) per layout iteration compared to traditional model development. While implemented on a specific platform, the methodology and
architectural concepts offer a transferable framework for improving simulation efficiency and fidelity in this industry
Synthese, Charakterisierung und Anionenordnung des 2D Janusmaterials RhSeCl und seiner strukturellen Analoga
No full textDie vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und systematischen Untersuchung des 2D-Janus-Materials RhSeCl sowie seiner Substitutionsvarianten und strukturellen
Analoga. Mittels Festkörperreaktion und chemischen Gasphasentransport wurden verschiedene Verbindungen synthetisiert, um den Einfluss der Anionenordnung auf die
Kristallstruktur sowie die chemischen und physikalischen Eigenschaften zu untersuchen. Es konnten die Verbindungen RhTeCl, RhSeBr, die anionische Substitution RhSeCl0.5Br0.5 und die kationischen Substitutionen Rh0.8Ir0.2SeCl und Rh0.7Ru0.3SeCl hergestellt werden. Dabei wurden erstmals die thermochemischen Eigenschaften der Präkursoren Rh0.5Ir0.5Cl3 und Rh0.5Ru0.5Cl3 bestimmt. Das Janus-Material RhSeCl wurde über unterschiedliche Methoden, beispielsweise Festköperreaktion und chemischen Gasphasentransport, synthetisiert und seine Kristallstruktur erstmals vollständig beschrieben. CBED-Messungen bestätigten das Fehlen einer Zentrosymmetrie. Theoretische Berechnungen und spektroskopische Untersuchungen (EELS, Photolumineszenz, diffuse Reflexion) zeigen, dass RhSeCl ein Halbleiter mit einer indirekten Bandlücke von etwa 1,4 eV ist. Der Janus-Charakter wurde mittels XPS nachgewiesen. RhTeCl diente als Referenzmaterial zur Analyse der Auswirkung der Anionenvariationen. Die konvergente Elektronenstrahldiffraktometrie bestätigt die Raumgruppe von RhTeCl. Spektroskopische Untersuchungen zeigen, dass auch RhTeCl ein Halbleiter ist, jedoch mit einer geringeren Bandlücke von 0,8 eV. Dies bestätigt die Theorie, dass Anionen mit geringerer Elektronegativität die Bandlücke reduzieren. Beide Verbindungen, RhSeCl und RhTeCl, zeigen eine Langzeitstabilität und diamagnetisches Verhalten, was auf Rhodium im Oxidationszustand +III hinweist. Thermochemische Analysen bestätigen den Einfluss der Anionen auf den Zersetzungspunkt, hierbei besitzt RhSeCl eine höhere thermische Stabilität.
Durch den Halogenaustausch wurde RhSeBr synthetisiert und die anionische Substitution RhSeCl0.5Br0.5 sowohl als Pulver als auch als Einkristalle hergestellt. Die resultierende Kristallstruktur zeigt ebenfalls Janusverhalten, jedoch mit gegenüberliegenden Anionen gleicher Art. Die kationische Substitution mit Iridium und Ruthenium führt zu den Verbindungen Rh0.8Ir0.2SeCl und Rh0.7Ru0.3SeCl. Für Rh0.8Ir0.2SeCl konnten die Gitterparameter bestimmt werden, jedoch traten bei beiden Verbindungen aufgrund thermodynamischen Instabilitäten Verunreinigungen auf.:Kurzfassung a
Abstract c
Liste der Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge d
Danksagung e
Acknowledgement g
Inhaltsverzeichnis I
1 Einleitung 1
2 Theoretischer Hintergrund 3
2.1 Heteroanionische Materialien 3
2.2 2D Materialien 6
2.2.1 2D Janus-Materialien 7
2.2.2 Substitutionen von TMX3, TMCh2 und TMChX 10
2.3 Chemischer Gasphasentransport 12
2.3.1 Grundlagen 12
2.3.2 Temperaturoszillierender Gasphasentransport 13
3 Experimentelle Durchführung 15
3.1 Verwendete Ausgangsverbindungen 15
3.2 Allgemeine Versuchsdurchführung 16
3.3 Synthesevorschriften 16
3.3.1 2D TMX3 16
3.3.2 2D TMX3 Festkörperlösungen 17
3.3.3 Rhodiumchalkogenidhalogenide 19
3.3.4 Substitutionen von RhSeCl 21
3.4 Experimentelle Methoden 22
4 Ergebnisse und Diskussion . 27
4.1 Festkörperlösungen von Rh1-xTMxCl3 (TM = Ir, Ru) 27
4.1.1 Synthese der Festkörperlösungen Rh1-xTMxCl3 (TM = Ir, Ru) 27
4.1.2 Morphologie und chemische Zusammensetzung von Rh1-xTMxCl3 (TM = Ir, Ru) 29
4.1.3 Strukturuntersuchungen von Rh0.5TM0.5Cl3 (TM = Ir, Ru) 31
4.1.4 Thermochemisches Verhalten von Rh0.5TM0.5Cl3 (TM = Ir, Ru) 36
4.2 Rhodiumchalkogenidhalogenide 39
4.2.1 Synthese der Rhodiumchalkogenidhalogenide 39
4.2.2 Morphologie und chemische Zusammensetzung der Rhodiumchalkogenidhalogenide 44
4.2.3 Kristallstruktur und strukturelle Eigenschaften der Rhodiumchalkogenidhalogenide 48
4.2.4 Quantenchemische Berechnungen an RhSeCl und RhTeCl 63
4.2.5 Physikochemische Charakterisierung von RhSeCl und RhTeCl 65
4.3 Substitutionen von RhSeCl 77
4.3.1 Anionische Substitution 77
4.3.2 Kationische Substitution 84
5 Zusammenfassung und Ausblick 94
Literaturverzeichnis III
Abbildungsverzeichnis XVII
Tabellenverzeichnis XXIV
Abkürzungsverzeichnis XXV
Symbolverzeichnis XXVII
Anhang . XXIX
Selbstständigkeitserklärung XXXIXThis thesis focuses on the synthesis and systematic investigation of the 2D Janus material RhSeCl as well as its substitution variants and structural analogues. Various compounds were synthesised by means of solid-state reaction and chemical gas phase transport in order to investigate the influence of the anion order on the crystal structure as well as the chemical and physical properties. The compounds RhTeCl, RhSeBr, the anionic substitution RhSeCl0.5Br0.5 and the cationic substitutions Rh0.8Ir0.2SeCl and Rh0.7Ru0.3SeCl were synthesised. The thermochemical properties of the precursors Rh0.5Ir0.5Cl3 and Rh0.5Ir0.5Cl3 were determined for the first time. The Janus material RhSeCl was synthesised using various methods, such as solid-state reaction and chemical vapour transport, and its crystal structure was fully described for the first time. CBED measurements confirmed the absence of centrosymmetry. Theoretical calculations and spectroscopic investigations (EELS, photoluminescence, diffuse reflectance) show that RhSeCl is a semiconductor with an indirect band gap of about 1.4 eV. The Janus character was verified by XPS.
RhTeCl was used as a reference material to analyse the effect of anion variations. Convergent electron beam diffraction confirms the space group of RhTeCl. Spectroscopic investigations show that RhTeCl is also a semiconductor, but with a smaller band gap of 0.8 eV. This confirms the theory that anions with lower electronegativity reduce the band gap. Both compounds, RhSeCl and RhTeCl, show long-term stability and diamagnetic behaviour, indicating rhodium in the +III oxidation state. Thermochemical analyses confirm the influence of the anions on the decomposition point, with RhSeCl having a higher thermal stability. RhSeBr was synthesised by halogen exchange and the anionic substitution RhSeCl0.5Br0.5 was produced both as a powder and as single crystals. The resulting crystal structure also shows Janus behaviour, but with opposite anions of the same type. Cationic substitution with iridium and ruthenium leads to the compounds Rh0.8Ir0.2SeCl and Rh0.7Ru0.3SeCl. The lattice parameters could be determined for Rh0.8Ir0.2SeCl, but impurities occurred in both compounds due to thermodynamic instabilities.:Kurzfassung a
Abstract c
Liste der Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge d
Danksagung e
Acknowledgement g
Inhaltsverzeichnis I
1 Einleitung 1
2 Theoretischer Hintergrund 3
2.1 Heteroanionische Materialien 3
2.2 2D Materialien 6
2.2.1 2D Janus-Materialien 7
2.2.2 Substitutionen von TMX3, TMCh2 und TMChX 10
2.3 Chemischer Gasphasentransport 12
2.3.1 Grundlagen 12
2.3.2 Temperaturoszillierender Gasphasentransport 13
3 Experimentelle Durchführung 15
3.1 Verwendete Ausgangsverbindungen 15
3.2 Allgemeine Versuchsdurchführung 16
3.3 Synthesevorschriften 16
3.3.1 2D TMX3 16
3.3.2 2D TMX3 Festkörperlösungen 17
3.3.3 Rhodiumchalkogenidhalogenide 19
3.3.4 Substitutionen von RhSeCl 21
3.4 Experimentelle Methoden 22
4 Ergebnisse und Diskussion . 27
4.1 Festkörperlösungen von Rh1-xTMxCl3 (TM = Ir, Ru) 27
4.1.1 Synthese der Festkörperlösungen Rh1-xTMxCl3 (TM = Ir, Ru) 27
4.1.2 Morphologie und chemische Zusammensetzung von Rh1-xTMxCl3 (TM = Ir, Ru) 29
4.1.3 Strukturuntersuchungen von Rh0.5TM0.5Cl3 (TM = Ir, Ru) 31
4.1.4 Thermochemisches Verhalten von Rh0.5TM0.5Cl3 (TM = Ir, Ru) 36
4.2 Rhodiumchalkogenidhalogenide 39
4.2.1 Synthese der Rhodiumchalkogenidhalogenide 39
4.2.2 Morphologie und chemische Zusammensetzung der Rhodiumchalkogenidhalogenide 44
4.2.3 Kristallstruktur und strukturelle Eigenschaften der Rhodiumchalkogenidhalogenide 48
4.2.4 Quantenchemische Berechnungen an RhSeCl und RhTeCl 63
4.2.5 Physikochemische Charakterisierung von RhSeCl und RhTeCl 65
4.3 Substitutionen von RhSeCl 77
4.3.1 Anionische Substitution 77
4.3.2 Kationische Substitution 84
5 Zusammenfassung und Ausblick 94
Literaturverzeichnis III
Abbildungsverzeichnis XVII
Tabellenverzeichnis XXIV
Abkürzungsverzeichnis XXV
Symbolverzeichnis XXVII
Anhang . XXIX
Selbstständigkeitserklärung XXXI
