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Recent Submissions

Doctoral thesis

Open Access

Einfluss kognitiver Fähigkeiten auf das Sprachverstehen im Störgeräusch

(2024) Fett, Merle

Hintergrund und Ziele Eine Schwerhörigkeit kann die Lebensqualität betroffener Personen nachweislich beeinträchtigen. Als besondere Belastung werden Sprachverstehensprobleme in alltäglichen Gesprächssituationen beschrieben. Hörgeräte verstärken Töne und Frequenzen die ohne Hilfe nicht mehr ausreichend wahrgenommen werden würden. Die individuelle Einstellung und Anpassung der Hörgeräte an die Bedürfnisse des Trägers ist für den Behandlungserfolg essenziell. Das dafür benötigte Hörprofil wird im klinischen Alltag unter anderem über Sprachverstehenstests ermittelt. Im deutschsprachigen Raum hat sich der Oldenburger Satztest (OLSA) als Matrixtest etabliert und gilt als wichtigster Vertreter der Sprachverstehenstests. Es wurde bereits wissenschaftlich belegt, dass bei Schwerhörigen das Sprachverstehen nicht allein durch die reine Hörleistung, sondern auch durch die zentrale Weiterverarbeitung beeinflusst werden kann. In dieser Studie wird die Aussagekraft der Testergebnisse des OLSAs mit denen des neueren Digits-in-noise Tests (DIN) verglichen und auf Altersabhängigkeit untersucht. Ziel dieser Studie ist es zu beurteilen, ob die Sprachverstehenstests die kognitive Leistung miterfassen, wenn Hörer ohne Hörverlust Sprache unter widrigen Hörbedingungen verarbeiten. Methoden An der Studie nahmen 49 otologisch gesunde Probanden teil. Es wurden 25 Teilnehmer im Alter von 20-30 Jahren sowie weitere 24 Testpersonen mit einem Lebensalter von 60-82 Jahren getestet. Die Reihenfolge der Tests wurde im Vorhinein festgelegt und war für alle Probanden identisch. Um die Sprachverstehensschwelle (SVS) möglichst genau darzustellen, wurden der DIN-Test und der OLSA mehrfach durchgeführt und der dritte Durchgang auf eine Korrelation untersucht. Die erbrachte Leistung in den Hörtests wurde mit den Ergebnissen auditiver Kognitionstests verglichen, um festzustellen ob kognitive Fähigkeiten bei Normalhörenden Einfluss auf die SVS im Störgeräusch haben. In der Auswertung wurden Parameter wie Alter, Geschlecht, Merkspanne und Aufmerksamkeitsleistung sowie Selbstauskünfte über die Hörleistung miteinbezogen. Ergebnisse und Beobachtungen Die Sprachverstehensschwelle (SVS) im Störgeräusch fiel im OLSA etwas niedriger als im DIN-Test aus. Im Vergleich weisen die Sprachverstehenstests eine moderate Spearman-Korrelation auf. Zwischen den meisten Parametern aus den auditiven Kognitionstests und der SVS im Störgeräusch lässt sich keine Korrelation ermitteln. Im Test of Attention in Listening (TAiL) zeigt sich ein Zusammenhang zwischen Basisreaktionszeiten sowie der unfreiwilligen Orientierung, bei der aufgaben- relevanten Dimension Frequenz, und des dritten Durchgangs des OLSAs beziehungsweise der Bestleistung im DIN. In der Selbstauskunft der Probanden fällt ein Zusammenhang zwischen den Angaben zum Hören mit Nachhall im Fragebogen „Abbreviated Profile of Hearing Aid Benefit“ (APHAB) und der SVS im OLSA auf. Ein signifikanter Leistungsunterschied zwischen den Altersgruppen wird im Audiogramm, in den Sprachverstehenstests und in der Reaktionszeit des Aufmerksamkeitstests ermittelt. Parameter zur kognitiven Leistung der Probanden wie Merkspanne, unfreiwillige Orientierung der Aufmerksamkeit und Konfliktlösung sind nicht vom Alter der Probanden abhängig. Bezüglich möglicher geschlechtsspezifischer Unterschiede ließ sich ein signifikanter Unterschied im DIN-Test, in der Fehleranzahl beim Aufmerksamkeitstests und im Empfinden von Hintergrundgeräuschen im APHAB nachweisen. Schlussfolgerungen und Diskussion Die Korrelation zwischen den beiden Sprachverstehenstests spricht für eine vergleichbare Aussagekraft bei normal und altersgerecht hörenden Probanden. In dieser Studie wurde ermittelt, dass bei der Durchführung der Hörtests mit Störgeräuschen normalhörende Probanden keine zusätzlichen kognitiven Ressourcen benötigen. Da die aktuelle Studienlage zeigt, dass je stärker eine Person unter Hörverlust leidet, der Anteil an kognitiven Ressourcen beim Sprachverstehen im Störgeräusch steigt, ist eine Abnahme der Leistung Hörgeschädigter in auditiven Kognitionstests zu erwarten. Die Test- und Diagnoseverfahren zum Erstellen des Hörprofils sollen eine hohe Aussagekraft aufweisen, aber keine Anstrengung übers erforderliche Maß für die Patienten verursachen. In weiteren Studien sollte ermittelt werden, ob im Vergleich die Durchführung des DINs bei hörgeschädigten Personen weniger kognitive Anstrengung als der OLSA erfordert.

Doctoral thesis

Open Access

Der Einfluss des Chromatin-remodellierenden PBAF-Komplexes auf die Differenzierung von myelinisierenden Gliazellen der Maus

(2024) Waldhauser, Vanessa

Myelinisierende Gliazellen isolieren die Axone und ermöglichen die saltatorische Reizweiterleitung im Nervensystem. Die engmaschige Regulation der Differenzierung von myelinisierenden Gliazellen erfolgt nicht nur über ein Netzwerk aus Transkriptionsfaktoren, sondern auch durch Remodellierung des Chromatins. Bisher wurden nur wenige Chromatin-remodellierende Komplexe in der Entwicklung der beiden Typen von Myelin-produzierenden Gliazellen, den Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem und den Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem, untersucht. Brg1, die Energie-generierende Untereinheit im BAF- und PBAF-Chromatin-remodellierende Komplex, wird für die Differenzierung von unreifen Schwann-Zellen zu reifen, myelinisierenden Schwann-Zellen benötigt. In Oligodendrozyten führt die Brg1-Deletion zu Defekten in der terminalen Differenzierung der Zellen. Es werden geringere Zahlen an reifen Oligodendrozyten generiert, und die Myelingenexpression ist vermindert. Zu welchen Teilen sich die Funktionen von Brg1 auf seine Aktivität im BAF- oder PBAF-Komplex zurückführen lassen, wurde bisher nicht untersucht. Für ein besseres Verständnis der selektiven Funktionen des PBAF-Komplexes in der Entwicklung von Schwann-Zellen und Oligodendrozyten wurde in der vorliegenden Arbeit die PBAF-spezifische Untereinheit Pbrm1 deletiert. Im PNS zeigt die Pbrm1-Deletion in Schwann-Zell-Vorläuferzellen, dass der PBAF-Komplex keinen wesentlichen Einfluss auf die Schwann-Zell-Entwicklung und -Differenzierung hat. Die Zahlen an unreifen, promyelinisierenden sowie reifen Schwann-Zellen blieben unverändert zur Kontrolle. Im Rückenmark führt die Pbrm1-Deletion in späten oligodendroglialen Vorläuferzellen zu keinerlei Änderungen in der oligodendroglialen Entwicklung. Hingegen resultiert der Verlust von Pbrm1 in frühen oligodendroglialen Vorläuferzellen in einer reduzierten Anzahl an prämyelinisierenden Oligodendrozyten. Als Folge ist auch die Anzahl an reifen Oligodendrozyten nach der terminalen Differenzierung verringert. Neben der Differenzierung ist zudem die Proliferation transient in der ersten postnatalen Woche beeinträchtigt. Diese Ergebnisse führen zu der Schlussfolgerung, dass der PBAF-Komplex die oligodendrogliale Entwicklung hauptsächlich während des Übergangs von oligodendroglialen Vorläuferzellen zu prämyelinisierenden Oligodendrozyten beeinflusst. Im Hinblick auf die zuvor beobachteten Defekte in der Differenzierung von Schwann-Zellen und Oligodendrozyten in Brg1-Knockoutmäusen lässt sich folgern, dass der PBAF-Komplex für nur wenige der Brg1-abhängigen Effekte während der Entwicklung von myelinisierenden Gliazellen verantwortlich ist.

Doctoral thesis

Open Access

Entwurf von Peilalgorithmen für mobile Anwendungen in der breitbandigen Funkaufklärung und deren Implementierung auf FPGAs

(2024) Bühlmeyer, Jonas

Drahtlose Kommunikationssysteme wie WLAN, Bluetooth, ZigBee oder Mobilfunk wie GSM, LTE, 5G sind zu einem integralen Bestandteil unseres täglichen Lebens geworden. Ohne diese Systeme würden viele Teile der Infrastruktur, die für das Funktionieren unserer Gesellschaft unabdingbar sind, wie zum Beispiel die Kommunikation privat und geschäftlich, der Transport von Menschen und Waren, die Industrie, Notfall- und Rettungsdienste oder die Arbeit von Ein- satzkräften wie der Polizei und Feuerwehr, nicht mehr funktionieren. Störungen dieser drahtlosen Kommunikationssysteme müssen deshalb schnell gefunden und behoben werden und auch die Überwachung dieser Systeme, sei es zur Funkaufklärung oder zur Überwachung von Staatsge- bieten, nimmt eine immer wichtigere Rolle ein. Ziel dieser Arbeit ist es, die Algorithmen für ein mobiles System für die Berechnung der Ankunftsrichtung (Direction Of Arrival, DoA) zu untersuchen und diese Algorithmen auf spezialisierter Hardware so zu implementieren, dass eine möglichst geringe Verlustleistung bei bestmöglicher Performanz erreicht wird. Dafür sollen Algorithmen wie die korrelative Interferometrie, der Capon-Beamformer, der Mehrfachsignal- Klassifikator (MUltiple SIgnal Classifier, MUSIC) oder die Schätzung von Signalparametern durch Techniken der Rotationsinvarianz (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invari- ance Techniques, ESPRIT) verwendet werden, die für entsprechende Architekturen angepasst und optimiert werden, um eine hohe Rechenleistung pro Watt zu erreichen. Dazu wird ein Li- teraturüberblick über DoA-Algorithmen für drahtlose Kommunikationssysteme gegeben und verschiedene aktuelle Algorithmen werden untersucht. Die Eignung der verschiedenen Teile dieser Algorithmen für unterschiedliche Architekturen wird analysiert. Hierzu sollen durch Si- mulationen und Analyse der einzelnen Algorithmenteile die Auflösung, die Genauigkeit, die Parallelisierbarkeit und die benötigte Rechenleistung genau betrachtet werden. Anschließend werden der MUSIC- und der Capon-Beamformer-Algorithmus für die weitere Arbeit ausgewählt. Mögliche Anpassungen dieser beiden ausgewählten Algorithmen werden untersucht, um sie für die entsprechenden Architekturen zu optimieren. Diese Anpassungen zielen auf eine ver- ringerte Verlustleistung auf spezialisierter Hardware wie zum Beispiel feld-programmierbare Gatter-Arrays (Field Programmable Gate Arrays, FPGAs). Die angepassten Algorithmen werden dann für FPGAs implementiert und die Abwägungen bei der Implementierung werden detailliert beschrieben. Die Leistung der implementierten Algorithmen wird gemessen, insbesondere be- züglich ihrer Rechenleistung und der Energieverbrauch, und die Ergebnisse werden anhand der berechenbaren Bandbreite und des Energieverbrauchs analysiert und mit denen anderer Ansätze verglichen. Dabei zeigte sich, dass ein einzelner FPGA wie der Xilinx XC7A100TCSG324-1 mit einer Anzahl von 240 digitaler Signalprozessoren (DSPs), von 65 200 bistabiler Kippstufen (Flip- Flops, FFs) und einer Verlustleistung von weniger als 2W einen Prozessor wie einen Intel Xeon mit 24 Kernen und einer Verlustleistung von mehr als 200W ersetzen kann, um die angepassten Algorithmen zur Berechnung des MUSIC-Pseudospektrums auszuführen. Diese Arbeit kommt deshalb zu dem Schluss, dass die Verwendung von angepassten Algorithmen auf FPGAs die Effizienz des Signalverarbeitungssystems für die mobile Funkpeilung erheblich verbessern und einen vielversprechenden Ansatz auch für zukünftige Arbeiten bieten kann.

Doctoral thesis

Open Access

Strong and weak interactions of organic molecules on oxide surfaces: Phenylphosphonic and boronic acids on rutile TiO2(110) and tetraphenylporphyrins on MgO(100)

(2024) Wolfram, Alexander

In this thesis, the strong and weak interactions of organic molecules on single-crystal oxide surfaces have been investigated in ultra-high vacuum using temperature-programmed desorption (TPD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS). TPD was used to determine the adsorption energy of three metallotetraphenylporphyrins on the MgO(100) surface. These molecules bind primarily via van-der-Waals interactions and with support from density-functional theory (DFT) calculations it was possible to explain the differences in the experimentally-derived adsorption energy. These differences arise from the oxophilicity of the complexed metal centers in combination with the rigidity of the macrocycle, which in turn depends on the electron configuration of the central metal ion. Additionally, the experimental values were used to benchmark a dispersion correction scheme (D3^surf) on oxide surfaces, which turns out to work well for such systems. In the second part, the adsorption of small organic molecules on the rutile TiO₂(110) surface was investigated. At room temperature, phenylphosphonic acid adsorbs in a bidentate one-fold deprotonated adsorption mode, where the phenyl rings form a supramolecular structure, most likely a T-stacked pattern. It was possible to resolve these details by a combination of experimental data with DFT results, which enabled us to directly compare the full range of experimental results with the calculation, including the full shape of the O 1s XPS spectrum. At temperatures beyond 450 K, the molecules change most likely to a mixed bidentate rotated tridentate adsorption mode. Although this matches the P 2p XPS and C K-edge NEXAFS data, there is still a discrepancy in the O 1s spectrum, and a further DFT study would be necessary to resolve this. Phenylboronic acid derivatives adsorb primarily in a singly-deprotonated monodentate adsorption mode at room temperature. Above 450 K, the formation of a bidentate adsorption mode is proposed. This high-temperature bidentate adsorption mode forms for 2,4,6-triphenylboroxine already at room temperature, because the large macrocycle undergoes a ring-opening reaction at the interface, resulting in three phenylboronic acid monomers. Boric acid is very well-known for the formation of a tetrahedral anion in aqueous solution and thus boronic acids could bind to the surface via a direct boron-oxygen interaction. However, using chemically-sensitive B K-edge NEXAFS, we were able to confirm that the boron center remains in a trigonal planar geometry, ruling out the formation of an additional boron-oxygen bond. Auger-yield NEXAFS data played an important part in understanding these systems, but the analysis of Auger-yield NEXAFS data can be tricky, as corrections for the photon flux, photoemission features and potentially second-order light artefacts can cause problems. For this reason, the most important correction steps are also discussed in the thesis.

Doctoral thesis

Open Access

Die Bedeutung von CTRP1, CTRP6 und CTRP8 bei der RXFP1-vermittelten Wundheilung der Augenoberfläche

(2024) Nicolaus, Hagen Fabian

Hintergrund und Ziele Die Augenoberfläche ist aufgrund ihrer direkten Exposition zur Umwelt besonders vulnerabel für äußere Verletzungen. Diese können durch physikalische oder che-mische Traumata, Infektionen und Entzündungen verursacht werden und Schmer-zen sowie Sehstörungen zufolge haben. Um permanente Visusbeeinträchtigungen durch chronische Wunden und Narben zu verhindern, ist eine effektive Wundhei-lung essenziell. Unter dem Einfluss zahlreicher Wachstumsfaktoren und Zytokine ermöglicht ein komplexes Zusammenspiel aus Zellmigration, -proliferation, und -transformation und dem Remodeling der extrazellulären Matrix das folgenlose Ab-heilen kornealer und konjunktivaler Wunden. Hierbei führt das Peptidhormon Re-laxin über die Aktivierung seines Rezeptors Relaxin/Insulin-like family peptide re-ceptor 1 (RXFP1) zu einer gesteigerten Migration kornealer Epithelzellen und trägt damit zum Wundverschluss bei. Zusätzlich zu Relaxin wurde C1q-tumor necrosis factor-related protein 8 (CTRP8) als neuer Ligand für den Relaxin-Rezeptor identifi-ziert und auch die strukturell verwandten Proteine CTRP1 und CTRP6 stellen po-tenzielle, neue Liganden für RXFP1 dar. In der vorliegenden Promotionsarbeit wurde die Expression und Funktion von CTRP1, CTRP6 und CTRP8 an der Augenoberfläche und in Bezug auf die RXFP1-vermittelte Wundheilung untersucht. Material und Methoden Mittels Reverse-Transkriptase Polymerase-Chain-Reaction (RT-PCR) und Immun-histochemie wurde die Gen- und Proteinexpression von CTRP1, CTRP6 und CTRP8 in humanen Geweben der Kornea, Konjunktiva, Meibomdrüsen, Tränen-drüse und ableitenden Tränenwegen sowie in humanen immortalisierten Zelllinien des Kornea-, Konjunktiva- und Meibomdrüsenepithels untersucht. Potenzielle Effek-te von CTRP1, CTRP6 und CTRP8 auf den kornealen und konjunktivalen epithelia-len Wundverschluss wurden in einem in vitro Wundheilungsmodell (Scratch As-says) analysiert. Eine Abhängigkeit dieser Effekte vom RXFP1-Signalweg wurde durch die Antikörper-vermittelte Inhibition der Ligandenbindung am RXFP1-Rezeptor bestimmt. Ergebnisse und Beobachtungen Die RT-PCR und immunhistochemischen Untersuchungen belegten die Expression von CTRP1, CTRP6 und CTRP8 in humanem Gewebe und Zelllinien der Augen-oberfläche und des Tränenapparates. Die Stimulation humaner kornealer Epithel-zellen mit CTRP1, CTRP6 und CTRP8 zeigte eine dosisabhängige Zunahme des Oberflächendefektverschlusses, wohingegen kein Einfluss auf den Wundverschluss konjunktivaler Epithelzellen nachweisbar war. Unter der Antikörper-vermittelten In-hibition des RXFP1-Rezeptors ließ sich die Wirkung von CTRP8 auf den kornealen epithelialen Wundverschluss vollständig aufheben. Die Effekte von CTRP1 und CTRP6 wurden hingegen durch die Inhibition des RXFP1-Rezeptors nur unvoll-ständig reduziert. Schlussfolgerung Die Ergebnisse der vorliegenden Promotionsarbeit belegen erstmals die Expressi-on von CTRP1, CTRP6 und CTRP8 an der Augenoberfläche und ihre RXFP1-vermittelte Wirkung auf den kornealen epithelialen Wundverschluss in vitro.