955 resultados para Existence of optimal controls


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On a daily basis, humans interact with a vast range of objects and tools. A class of tasks, which can pose a serious challenge to our motor skills, are those that involve manipulating objects with internal degrees of freedom, such as when folding laundry or using a lasso. Here, we use the framework of optimal feedback control to make predictions of how humans should interact with such objects. We confirm the predictions experimentally in a two-dimensional object manipulation task, in which subjects learned to control six different objects with complex dynamics. We show that the non-intuitive behavior observed when controlling objects with internal degrees of freedom can be accounted for by a simple cost function representing a trade-off between effort and accuracy. In addition to using a simple linear, point-mass optimal control model, we also used an optimal control model, which considers the non-linear dynamics of the human arm. We find that the more realistic optimal control model captures aspects of the data that cannot be accounted for by the linear model or other previous theories of motor control. The results suggest that our everyday interactions with objects can be understood by optimality principles and advocate the use of more realistic optimal control models for the study of human motor neuroscience.

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We point out the use of a wrong definition for conversion efficiency in the literature and analyze the effects of the waveguide length and pump power on conversion efficiency according to the correct definition. The existence of the locally optimal waveguide length and pump power is demonstrated theoretically and experimentally. Further analysis shows that the extremum of conversion efficiency can be achieved by global optimization of the waveguide length and pump power simultaneously, which is limited by just the linear propagation loss and the effective carrier lifetime. (C) 2009 Optical Society of America

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This paper discusses the Klein–Gordon–Zakharov system with different-degree nonlinearities in two and three space dimensions. Firstly, we prove the existence of standing wave with ground state by applying an intricate variational argument. Next, by introducing an auxiliary functional and an equivalent minimization problem, we obtain two invariant manifolds under the solution flow generated by the Cauchy problem to the aforementioned Klein–Gordon–Zakharov system. Furthermore, by constructing a type of constrained variational problem, utilizing the above two invariant manifolds as well as applying potential well argument and concavity method, we derive a sharp threshold for global existence and blowup. Then, combining the above results, we obtain two conclusions of how small the initial data are for the solution to exist globally by using dilation transformation. Finally, we prove a modified instability of standing wave to the system under study.

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Laminaria japonica, Undaria pinnatifida, Ulva lactuca, Grateloupia turuturu and Palmaria palmata are Suitable species that fit the requirements of a seaweed-animal integrated aquaculture system in terms of their viable biomass, rapid growth and promising nutrient uptake rates. fit this investigation, the responses of the optimal chlorophyll fluorescence yield of the five algal species in tumble Culture were assessed at a temperature range of 10 similar to 30 degrees C. The results revealed that Ulva lactuca was the most resistant species to high temperature, withstanding 30 degrees C for 4 h without apparent decline in the optimal chlorophyll fluorescence yield. While the arctic alga Palmaria palmata was the most vulnerable one, showing significant decline in the optimal chlorophyll fluorescence yield at 25 degrees C for 2 h. The cold-water species Laminaria japonica, however, demonstrated strong ability to cope with higher temperature (24 similar to 26 degrees C) for shorter time (within 24 h) without significant decline in the optimal chlorophyll fluorescence yield. Grateloupia turuturu showed a general decrease in the optimal chlorophyll fluorescence yield with the rising temperature from 23 to 30 degrees C, similar to the temperate kelp Undaria pinnatifida. Changes of chlorophyll fluorescence yields of these algae were characterized differently indicating the existence of species-unique strategy to cope with high light. Measurements of the optimal chlorophyll fluorescence yield after short exposure to direct solar irradiance revealed how long these exposures could be without significant photoinhibition or with promising recovery in photosynthetic activities. Seasonal pattern of alternation of algal species in tank culture in the Northern Hemisphere at the latitude of 36 degrees N was proposed according to these basic measurements.

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提出了一种新的最优模糊PID控制器,它由两部分组成,即在线模糊推理机构和带有不完全微分的常规PID控制器,在模糊推理机构中,引入了三个可调节因子xp,xi和xd,其作用是进一步修改和优化模糊推理的结果,以使控制器对一个给定对象具有最优的控制效果,可调节因子的最优值采用ITAE准则及Nelder和Mead提出的柔性多面体最优搜索算法加以确定,这种PID控制器被用来控制由作者设计的智能人工腿中的一个直流电机,仿真结果表明该控制器的设计是非常有效的,它可被用于控制各种不同的对象和过程。

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PURPOSE: Retinitis pigmentosa (RP) causes hereditary blindness in adults (prevalence, approximately 1 in 4000). Each of the more than 30 causative genes identified to date are responsible for only a small percentage of cases. Genetic diagnosis via traditional methods is problematic, and a single test with a higher probability of detecting the causative mutation would be very beneficial for the clinician. The goal of this study therefore was to develop a high-throughput screen capable of detecting both known mutations and novel mutations within all genes implicated in autosomal recessive or simplex RP. DESIGN: Evaluation of diagnostic technology. PARTICIPANTS AND CONTROLS: Participants were 56 simplex and autosomal recessive RP patients, with 360 population controls unscreened for ophthalmic disease. METHODS: A custom genechip capable of resequencing all exons containing known mutations in 19 disease-associated genes was developed (RP genechip). A second, commercially available arrayed primer extension (APEX) system was used to screen 501 individual previously reported variants. The ability of these high-throughput approaches to identify pathogenic variants was assessed in a cohort of simplex and autosomal recessive RP patients. MAIN OUTCOME MEASURES: Number of mutations and potentially pathogenic variants identified. RESULTS: The RP genechip identified 44 sequence variants: 5 previously reported mutations; 22 known single nucleotide polymorphisms (SNPs); 11 novel, potentially pathogenic variants; and 6 novel SNPs. There was strong concordance with the APEX array, but only the RP genechip detected novel variants. For example, identification of a novel mutation in CRB1 revealed a patient, who also had a single previously known CRB1 mutation, to be a compound heterozygote. In some individuals, potentially pathogenic variants were discovered in more than one gene, consistent with the existence of disease modifier effects resulting from mutations at a second locus. CONCLUSIONS: The RP genechip provides the significant advantage of detecting novel variants and could be expected to detect at least one pathogenic variant in more than 50% of patients. The APEX array provides a reliable method to detect known pathogenic variants in autosomal recessive RP and simplex RP patients and is commercially available. High-throughput genotyping for RP is evolving into a clinically useful genetic diagnostic tool.

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By means of optimal control techniques we model and optimize the manipulation of the external quantum state (center-of-mass motion) of atoms trapped in adjustable optical potentials. We consider in detail the cases of both noninteracting and interacting atoms moving between neighboring sites in a lattice of a double-well optical potentials. Such a lattice can perform interaction-mediated entanglement of atom pairs and can realize two-qubit quantum gates. The optimized control sequences for the optical potential allow transport faster and with significantly larger fidelity than is possible with processes based on adiabatic transport.

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Objective
To determine the optimal transcranial magnetic stimulation (TMS) coil direction for inducing motor responses in the tongue in a group of non-neurologically impaired participants.
Methods
Single-pulse TMS was delivered using a figure-of-eight Magstim 2002 TMS coil. Study 1 investigated the effect of eight different TMS coil directions on the motor-evoked potentials elicited in the tongue in eight adults. Study 2 examined active motor threshold levels at optimal TMS coil direction compared to a customarily-used ventral-caudal direction. Study 3 repeated the procedure of Study 1 at five different sites across the tongue motor cortex in one adult.
Results
Inter-individual variability in optimal direction was observed, with an optimal range of directions determined for the group. Active motor threshold was reduced when a participant's own optimal TMS coil direction was used compared to the ventral-caudal direction. A restricted range of optimal directions was identified across the five cortical positions tested.
Conclusions
There is a need to identify each individual's own optimal TMS coil direction in investigating tongue motor cortex function. A recommended procedure for determining optimal coil direction is described.
Significance
Optimized TMS procedures are needed so that TMS can be utilized in determining the underlying neurophysiological basis of various motor speech disorders.

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Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2015

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A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Double Degree in Economics from the Nova School of Business and Economics and University of Maastricht

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Colorectal cancer (CRC) is one of the most intensively studied cancer types, partly because of its high prevalence but also because of the existence of its precursor lesions, tubular or villous adenomas, and more recently (sessile) serrated adenomas, which can be detected endoscopically and removed. The morphological steps in the adenoma-carcinoma sequence have been elucidated at a molecular level, which has been facilitated by identification of the genes responsible for familial intestinal cancer. However, apart from early detection of familial forms of CRC and its use in genetic counseling, until recently such detailed molecular knowledge has had little impact on clinical management of the disease. This has dramatically changed in the last decade. With drugs specifically targeting the epidermal growth factor receptor (EGFR) having been shown effective in CRC, mechanisms responsible for resistance have been explored. The finding that KRAS mutated cancers do not respond to anti-EGFR treatment has had a profound impact on clinical management and on molecular diagnostics of CRC. Additional genetic tests for mutations in NRAS, BRAF and PIK3CA contribute to determining who to treat, and others will follow. New therapies effective in patients with advanced CRC are under investigation. Remaining burning questions for optimal management are which patients will relapse after resection of the primary tumor and which patients will respond to the standard 5FU-oxaliplatin adjuvant treatment regimen. Predictive tests to address these issues are eagerly awaited. New classifications of CRC, based on molecular parameters, are emerging, and we will be confronted with new subtypes of CRC, for which the definition is based on combinations of gene expression patterns, chromosomal alterations, gene mutations and epigenetic characteristics. This will be instrumental in designing new approaches for therapy but will also be translated into molecular diagnostics. Both will contribute to improved clinical management of CRC.

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Il y a 4 isoforme de p38 : α, β, δ, and γ. MK5, à l'origine identifié comme étant un régulateur de PRAK (Regulated/Activated Protein Kinase), est maintenant connu pour être activée par la protéine kinase p38 (qui est un mitogène activé par la protéine kinase, MAPK). Cette dernière est impliquée dans les mécanismes de fibrose et d'apoptose pendant l'hypertrophie cardiaque. De plus, MK5 est également activée par les MAPKs atypiques; ERK3 et ERK4. Bien qu’elles soient fortement exprimées dans le coeur, le rôle physiologique de MK5 et ERK3 demeure inconnu. Par conséquent, nous avons étudié l'effet de la constriction aortique transversale (TAC) – induisant un surcharge chronique de pression chez les souris hétèrozygotes knockout pour MK5 (MK5+/-) ou ERK3 (ERK3+/-) et pour leurs types sauvages (MK5+/+ et ERK3+/+). Deux sem post-TAC; le ratio de poids du coeur/poids corporel a été augmenté chez les 2 souris MK5+/- et MK5+/+. L'échocardiographie de la trans-thoracique démontre que la surcharge de pression a altéré la fonction diastolique du ventricule gauche chez MK5+/+, mais pas chez la souris MK5+/-. De plus, nous avons observé moins de dépôt de collagène, évalué par une coloration au trichrome de Masson, 2 et 3 sem post-TAC chez les souris MK5+/-. Parallèlement, le niveau de l’ARNm de collagène type1 alpha-1 a été significativement diminué dans les coeurs des souris MK5+/-, 2 et 3 sem post-TAC. De même, ERK3, mais pas ERK5 ni p38α, co-IP avec MK5 dans les 2 modèles des coeurs TAC; aigus ou chroniques. En revanche, l’ajout exogénique de GST-MK5 a abaissé ERK4 et p38α, mais pas ERK3 dans les lysâtes de coeur de souris. Par contre, GST-ERK3 et GST-p38α ne démontrent aucune co-IP avec MK5. Ces données suggèrent que dans le coeur seul ERK3, et non ERK4 ou p38α, est capable d’interagir avec, et réguler MK5. A niveau physiologique MK5 interagit entièrement avec ERK3 et par conséquent MK5 n’est pas disponible pour lier les protéines exogéniques. Les souris hétérozygotes pour ERK3 (ERK3+/-) ont également démontré une réduction ou une absence de collagène et une faible expression d’ARNm du collagène type1 alpha1, 3 sem post-TAC. Ces résultats démontrent un important rôle pro-fibrotique de la signalisation MK5-ERK3 pendant une surcharge chronique de pression.Nous avons également démontré 5 variant d'épissage de (MK5.1-5), y compris la forme originale (MK5.1). MK5.2 et MK5.5 subissent une délétion de 6 paires de base dans l’exon 12 : MK5.3 manque l'exon 12 : MK5.4 et MK5.5 manquent les exons 2-6. L'expression des ARNm des différents variant d'épissage a été vérifiée par PCR en temps réel (qPCR). Bien que l’expression est ubiquitaire, l'abondance relative de chaque variant était tissu-spécifique (coeur, rein, pancréas, muscle squelettique, poumon, foie, et cerveau). En plus, l'abondance relative des variant d’épissage varie pendant la surcharge de pression et le développement postnatal du coeur. En outre, l'immunofluorescence a indiqué que MK5.1-5.3 se localise au noyau alors que MK5.4-5.5 est situé au niveau cytoplasmic dans les cellules HEK 293 non stimulées. Suite à une stimulation avec l'anisomycin, un activateur de p38 MAPK, MK5.1-5.3 se translocalise du noyau au cytoplasme alors qu’une petite fraction de MK5.4-5.5 translocalise vers le noyau. Ces variant d'épissage peuvent diversifier la signalisation de MK5-ERK3 dans coeur, mais leur rôle exact oblige des recherches supplémentaires. Excepté l’isoforme δ, toutes les isoformes de p38 sont exprimées dans le coeur et la forme α est considérée comme étant l'isoforme dominante. L’analyse par qPCR et immunobuvardage de type western ont démontré que p38α et p38γ sont les deux isoformes prédominantes alors que p38β et p38δ sont exprimées aux mêmes niveaux dans le coeur de rat adulte. L'immunofluorescence a démontré que p38α et p38γ se trouvent dans le cytoplasme et le noyau. Cependant, suite à la surcharge par TAC, p38γ s'est accumulé dans noyau tandis que la distribution de p38α est demeurée inchangée. Ainsi, l'abondance de p38γ et sa translocalisation nucléaire suite à la surcharge de pression indique un rôle potentiel dans l'expression génique pendant le remodelage cardiaque. En conclusion, nous avons mis en évidence pour la première fois un rôle pro-fibrotique pour la signalisation MK5-ERK3 pendant une surcharge chronique de pression. D'ailleurs, les niveaux comparables d'expression de p38γ avec p38α, et la localisation différentielle de p38γ pendant la surcharge aiguë ou chronique de pression suggèrent différents rôles possibles pour ces isoformes pendant le remodelage hypertrophique cardiaque.

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Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

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L’amblyopie est un trouble développemental de la vision binoculaire. Elle est typiquement caractérisée par des atteintes de l’acuité visuelle et de la stéréoscopie. Toutefois, de plus en plus d’études indiquent la présence d’atteintes plus étendues telles que les difficultés d’attention visuelle ou de lecture. L’amblyopie est généralement expliquée par une suppression interoculaire au niveau cortical, considérée comme chronique ou permanente à l’extérieur de la période développementale. Or, un nombre croissant d’études suggèrent que des interactions binoculaires normales seraient présentes chez les amblyopes adultes. Dans une première étude, nous avons tenté d’identifier un marqueur électrophysiologique de la vision binoculaire. Nous avons enregistré des potentiels évoqués visuels chez des observateurs normaux à qui l’on a induit une dysfonction binoculaire. Les interactions binoculaires étaient caractérisées à l’aide de patrons (facilitation, moyennage et suppression) en comparant les réponses monoculaires et binoculaires. De plus, ces interactions étaient quantifiées à partir d’index d’intégration continus en soustrayant la somme des réponses monoculaires de la réponse binoculaire. Les résultats indiquaient que les patrons d’interaction n’étaient pas optimaux pour estimer les performances stéréoscopiques. Ces dernières étaient, en revanche, mieux expliquées par notre index d’intégration binoculaire. Ainsi, cette étude suggère que l’électrophysiologie est un bon prédicteur de la vision binoculaire. Dans une deuxième étude, nous avons examiné les corrélats neuronaux et comportementaux de la suppression interoculaire chez des amblyopes adultes et des observateurs normaux. Des potentiels évoqués visuels stationnaires ont été enregistrés en utilisant un paradigme de suppression par flash. La suppression était modulée par un changement de contraste du stimulus flash (10, 20, 30, ou 100%), ou le suppresseur, qui était présenté soit dans l’œil dominant ou non-dominant (ou amblyope). Sur le plan comportemental, la suppression interoculaire était observée indépendamment de l’œil stimulé par le flash chez les contrôles. Au contraire, chez les amblyopes, la suppression était asymétrique (c’est-à-dire supérieure lorsqu’elle provenait de l’œil dominant), ce qui suggérait une suppression chronique. De manière intéressante, l’œil amblyope a supprimé l’œil dominant à haut niveau de contraste. Sur le plan électrophysiologique, l’effet de suppression interoculaire observé à la région occipitale était équivalent dans chaque groupe. Toutefois, les réponses électrophysiologiques à la région frontale chez les amblyopes n’étaient pas modulées comme celles des contrôles; la suppression de l’œil amblyope était manifeste même à bas contraste. Nous résultats supportent ainsi l’existence d’interaction binoculaire fonctionnelle chez les amblyopes adultes ainsi que l’implication d’un réseau cortical étendu dans la suppression interoculaire. En somme, l’amblyopie est une condition complexe dont les atteintes corticales et les déficits fonctionnels semblent globaux. L’amblyopie ne doit plus être considérée comme limitée à une dysfonction de l’aire visuelle primaire. La suppression interoculaire semble un point central de cette problématique, mais encore beaucoup d’études seront nécessaires afin de déterminer l’ensemble des mécanismes impliqués dans celle-ci.

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The main task of this work has been to investigate the effects of anisotropy onto the propagation of seismic waves along the Upper Mantle below Germany and adjacent areas. Refraction- and reflexion seismic experiments proved the existence of Upper Mantle anisotropy and its influence onto the propagation of Pn-waves. By the 3D tomographic investigations that have been done here for the crust and the upper mantle, considering the influence of anisotropy, a gap for the investigations in Europe has been closed. These investigations have been done with the SSH-Inversionprogram of Prof. Dr. M. Koch, which is able to compute simultaneously the seismic structure and hypocenters. For the investigation, a dataset has been available with recordings between the years 1975 to 2003 with a total of 60249 P- and 54212 S-phase records of 10028 seismic events. At the beginning, a precise analysis of the residuals (RES, the difference between calculated and observed arrivaltime) has been done which confirmed the existence of anisotropy for Pn-phases. The recognized sinusoidal distribution has been compensated by an extension of the SSH-program by an ellipse with a slow and rectangular fast axis with azimuth to correct the Pn-velocities. The azimuth of the fast axis has been fixed by the application of the simultaneous inversion at 25° - 27° with a variation of the velocities at +- 2.5 about an average value at 8 km/s. This new value differs from the old one at 35°, recognized in the initial residual analysis. This depends on the new computed hypocenters together with the structure. The application of the elliptical correction has resulted in a better fit of the vertical layered 1D-Model, compared to the results of preceding seismological experiments and 1D and 2D investigations. The optimal result of the 1D-inversion has been used as initial starting model for the 3D-inversions to compute the three dimensional picture of the seismic structure of the Crust and Upper Mantle. The simultaneous inversion has showed an optimization of the relocalization of the hypocenters and the reconstruction of the seismic structure in comparison to the geology and tectonic, as described by other investigations. The investigations for the seismic structure and the relocalization have been confirmed by several different tests. First, synthetic traveltime data are computed with an anisotropic variation and inverted with and without anisotropic correction. Further, tests with randomly disturbed hypocenters and traveltime data have been proceeded to verify the influence of the initial values onto the relocalization accuracy and onto the seismic structure and to test for a further improvement by the application of the anisotropic correction. Finally, the results of the work have been applied onto the Waldkirch earthquake in 2004 to compare the isotropic and the anisotropic relocalization with the initial optimal one to verify whether there is some improvement.