Aufbau und Betrieb einer schnellen Kalorimeterelektronik für ein Experiment zur Messung der Paritätsverletzung in der elastischen Elektronenstreuung

Die A4-Kollaboration am Mainzer Mikrotron MAMI erforscht die Struktur des Protons mit Hilfe der elastischen Streuung polarisierter Elektronen an unpolarisiertem Wasserstoff. Bei longitudinaler Polarisation wird die paritätsverletzende Asymmetrie im Wirkungsquerschnitt gemessen, die Aufschluss über den Strangeness-Beitrag zu den Vektor-Formfaktoren des Protons gibt. Insbesondere wurde eine Messung für Rückwärtsstreuwinkel bei einer Elektronenstrahlenergie von 319 MeV durchgeführt, die zusammen mit einem unter Vorwärtsstreuung bei gleichem Impulsübertrag bestimmten Wert die Separation der magnetischen und elektrischen Strangeness-Formfaktoren erlaubt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Elektroniksystem zur Energiemessung und Histogrammierung der auftretenden Einzelereignisse aufgebaut, das eine vernetzte Struktur aus 1022 Einzelkanälen besitzt und zur Verarbeitung einer Gesamtereignisrate von 100 MHz ausgelegt wurde. Für den experimentellen Betrieb wurden für alle Kanäle erforderliche Qualitäts-prüfungen und Eichmessungen vorgenommen. Die volle Funktionsfähigkeit des Systems zur Durchführung eines Zählratenexperiments für die paritätsverletzende Asymmetrie im Bereich von 10^{-6} wurde demonstriert. Um den bei rückwärtigen Streuwinkeln dominierenden inelastischen Untergrund an Photonen in den Spektren zu reduzieren, wurde das System außerdem um ein Taggersystem für Elektronen erweitert. Das Ergebnis einer vorläufigen Analyse für die paritätsverletzende Asymmetrie im Streuquerschnitt von longitudinal polarisierten Elektronen an unpolarisierten Protonen unter Rückwärtsstreuung bei einem Viererimpulsübertrag Q^2 = 0.23 GeV^2/c^2 beträgt A{PV}=(-16.37 +- 0.93 {stat} +- 0.69 {syst}) ppm. Für die Differenz der gemessenen Asymmetrie A{PV} und der theoretischen Vorhersage ohne Strangeness A{0}=(-16.27 +- 1.22) ppm ergibt sich A{S}= A{PV} - A{0} = (-0.10+-1.68) ppm. Mit dem bereits vorliegenden Wert der Vorwärtsstreuung von A{PV} = (-5.59+- 0.57 {stat} +- 0.29 {syst}) ppm kann ein Wert für den magnetischen bzw. elektrischen Formfaktor von G{M}^s = -0.01+- 0.15 bzw. G{E}^s = 0.034 +- 0.050 ermittelt werden.

Stimulus-induced gamma activity in the electrocorticogram of freely moving telemetric implanted rats: the neuronal signature of novelty detection

During this thesis a new telemetric recording system has been developed allowing ECoG/EEG recordings in freely behaving rodents (Lapray et al., 2008; Lapray et al., in press). This unit has been shown to not generate any discomfort in the implanted animals and to allow recordings in a wide range of environments. In the second part of this work the developed technique has been used to investigate what cortical activity was related to the process of novelty detection in rats’ barrel cortex. We showed that the detection of a novel object is accompanied in the barrel cortex by a transient burst of activity in the γ frequency range (40-47 Hz) around 200 ms after the whiskers contact with the object (Lapray et al., accepted). This activity was associated to a decrease in the lower range of γ frequencies (30-37 Hz). This network activity may represent the optimal oscillatory pattern for the propagation and storage of new information in memory related structures. The frequency as well as the timing of appearance correspond well with other studies concerning novelty detection related burst of activity in other sensory systems (Barcelo et al., 2006; Haenschel et al., 2000; Ranganath & Rainer, 2003). Here, the burst of activity is well suited to induce plastic and long-lasting modifications in neuronal circuits (Harris et al., 2003). The debate is still open whether synchronised activity in the brain is a part of information processing or an epiphenomenon (Shadlen & Movshon, 1999; Singer, 1999). The present work provides further evidence that neuronal network activity in the γ frequency range plays an important role in the neocortical processing of sensory stimuli and in higher cognitive functions.

Charakterisierung einer pflanzlichen Variante des Cytoskelettproteins gamma-Tubulin durch Strukturmodellierung, Überexpression und Analyse der Interaktionspartner

Wie alle Eukaryoten besitzen auch höhere Pflanzen ein mikrotubuläres Cytoskelett. Einige Funktionen dieses Cytoskeletts sind relativ stark konserviert, andere dagegen scheinen sehr pflanzenspezifisch zu sein. Dies betrifft insbesondere charakteristische mikrotubuläre Netzwerke, die bei der Neubildung und der Verstärkung der Zellwände wichtige Rollen übernehmen. Wie der Aufbau dieser Netzwerke kontrolliert wird, ist bisher relativ unklar. Typische Mikrotubuli organisierende Zentren (MTOC), insbesondere Centrosomen oder Spindelpolkörper, sind bei höheren Pflanzen nicht beobachtet worden. Von pilzlichen und tierischen Organismen weiß man, dass gamma-Tubulin (gTUB) mit seinen assoziierten Proteinen in den MTOC bei der Nukleation von Mikrotubuli eine Schlüsselfunktion hat. Dieses Mitglied der Tubulin-Superfamilie wird aber auch in Pflanzen gefunden, dessen genaue Funktion bisher unbekannt ist. Zu Beginn der Arbeit wurden mittels in silico Berechnungen Strukturmodelle des pflanzlichen gTUBs aus Nicotiana tabacum erarbeitet, da die Struktur, die zu einem Verständnis der pflanzlichen Wachstumsregulation beitragen könnte, bisher unbekannt ist. Auf Grundlage der bioinformatischen Daten konnte für weitere Studien eine notwendige gTUB-Deletionsmutante entwickelt werden. Für Röntgendiffraktionsstudien und gTUB-Interaktionspartneranalysen war die Verfügbarkeit verhältnismäßig großer Proteinmengen notwendig. Die Expression der gTUB-Volllängensequenz in gelöster und aktiver Form stellte einen immanent wichtigen Zwischenschritt dar. Das Escherichia coli T7/lacO-Expressionssystem lieferte, trotz vielversprechender Erfolge in der Vergangenheit, kein gelöstes rekombinantes gTUB. So wurden zwar verhältnismäßig hohe Expressionsraten erzielt, aber das rekombinante gTUB lag quantitativ als Inclusion bodies vor. Eine Variationen der Expressionsparameter sowie umfangreiche Versuche mittels verschiedenster Konstrukte sowie potentiell die Löslichkeit erhöhenden Tags gTUB in gelöster Form in E. coli zu exprimieren blieben erfolglos. Eine Denaturierung der Inclusion bodies und Rückfaltung wurde aufgrund der wohl bei der Tubulinfaltung notwendigen komplexeren Chaperone sowie thermodynamischer Überlegungen ausgeschlossen. Die höher evolvierte Chaperonausstattung war ein Hauptgrund für die Verwendung der eukaryotischen Hefe-Expressionssysteme K. lactis und des S. cerevisiae-Stammes FGY217 zur gTUB-Expression. So konnten nach der Selektion nur transgene Hefe-Zellen dokumentiert werden, die die gTUB-Expressionskassette nachweislich an der vorgesehenen Zielposition in ihrem Genom integrierten, aber keine dokumentierbare Expression zeigten. Die wahrscheinlichste Begründung hierfür ist, dass ein erhöhter intrazellulärer gTUB-Titer mit dem Zellwachstum und der Zellteilung dieser eukaryotischen Organismen interferierte und durch Rückkopplungen die rekombinante gTUB-CDS aus N. tabacum ausgeschaltet wurde. Der Versuch einer transienten gTUB-Überexpression in differenzierten Blattgeweben höherer Pflanzen war eine logische Konsequenz aus den vorherigen Ergebnissen und lieferte, wenn auch nicht die für eine Proteinkristallisation notwendigen Mengen, gelöstes gTUB. Bestrebungen einer stabilen Transfektion von A. thaliana oder BY-2-Zellkulturen mit einer gTUB-CDS lieferten keine transgenen Organismen, was starke Interferenzen der rekombinanten gTUB-CDS in den Zellen vermuten lies. Transfektionsversuche mit nur GFP tragenden Konstrukten ergaben hingegen eine hohe Anzahl an transgenen Organismen, die auch verhältnismäßig starke Expressionsraten zeigten. Die erzielten Proteinmengen bei der transienten gTUB-Überexpression in N. benthamiana Blattgeweben, in Co-Expression mit dem Posttransriptional Gene Silencing-Suppressorprotein p19, waren für einen Pull-Down sowie eine massenspektroskopische Analyse der Interaktionspartner ausreichend und ergaben Befunde. Eine abschließende Auswertung des erarbeiteten massenspektroskopischen Datensatzes wird jedoch erst dann möglich sein, wenn das Tabak-Proteom vollständig sequenziert ist. Die Erweiterung der bestehenden pflanzlichen Vergleichsdatenbanken um das bisher bekannte Tabak-Proteom vervielfachte die Anzahl der in dieser Studie identifizierten gTUB-Interaktionspartner. Interaktionen mit dem TCP1-Chaperon untermauern die Hypothese der zur Faltung pflanzlichen gTUBs notwendigen Chaperone. Beobachtete gTUB-Degradationsmuster in Verbindung mit Interaktionen des 26S-Proteasoms deuten auf eine Gegenregulationen bei erhöhtem gTUB-Titer auf Proteinebene hin. Da Blattgewebe selbst nur noch über eine sehr geringe und inhomogene Teilungsaktivität verfügen ist diese Regulation hoch spannend. Auch konnte durch Co-Expression des PTGS-Suppressorproteins p19 gezeigt werden, dass bei der gTUB-Expression eine Regulation auf RNA-Ebene erfolgt.

Efficient parallel proximity queries and an application to highly complex motion planning problems with many narrow passages

In vielen Bereichen der industriellen Fertigung, wie zum Beispiel in der Automobilindustrie, wer- den digitale Versuchsmodelle (sog. digital mock-ups) eingesetzt, um die Entwicklung komplexer Maschinen m ̈oglichst gut durch Computersysteme unterstu ̈tzen zu k ̈onnen. Hierbei spielen Be- wegungsplanungsalgorithmen eine wichtige Rolle, um zu gew ̈ahrleisten, dass diese digitalen Pro- totypen auch kollisionsfrei zusammengesetzt werden k ̈onnen. In den letzten Jahrzehnten haben sich hier sampling-basierte Verfahren besonders bew ̈ahrt. Diese erzeugen eine große Anzahl von zuf ̈alligen Lagen fu ̈r das ein-/auszubauende Objekt und verwenden einen Kollisionserken- nungsmechanismus, um die einzelnen Lagen auf Gu ̈ltigkeit zu u ̈berpru ̈fen. Daher spielt die Kollisionserkennung eine wesentliche Rolle beim Design effizienter Bewegungsplanungsalgorith- men. Eine Schwierigkeit fu ̈r diese Klasse von Planern stellen sogenannte “narrow passages” dar, schmale Passagen also, die immer dort auftreten, wo die Bewegungsfreiheit der zu planenden Objekte stark eingeschr ̈ankt ist. An solchen Stellen kann es schwierig sein, eine ausreichende Anzahl von kollisionsfreien Samples zu finden. Es ist dann m ̈oglicherweise n ̈otig, ausgeklu ̈geltere Techniken einzusetzen, um eine gute Performance der Algorithmen zu erreichen.rnDie vorliegende Arbeit gliedert sich in zwei Teile: Im ersten Teil untersuchen wir parallele Kollisionserkennungsalgorithmen. Da wir auf eine Anwendung bei sampling-basierten Bewe- gungsplanern abzielen, w ̈ahlen wir hier eine Problemstellung, bei der wir stets die selben zwei Objekte, aber in einer großen Anzahl von unterschiedlichen Lagen auf Kollision testen. Wir im- plementieren und vergleichen verschiedene Verfahren, die auf Hu ̈llk ̈operhierarchien (BVHs) und hierarchische Grids als Beschleunigungsstrukturen zuru ̈ckgreifen. Alle beschriebenen Verfahren wurden auf mehreren CPU-Kernen parallelisiert. Daru ̈ber hinaus vergleichen wir verschiedene CUDA Kernels zur Durchfu ̈hrung BVH-basierter Kollisionstests auf der GPU. Neben einer un- terschiedlichen Verteilung der Arbeit auf die parallelen GPU Threads untersuchen wir hier die Auswirkung verschiedener Speicherzugriffsmuster auf die Performance der resultierenden Algo- rithmen. Weiter stellen wir eine Reihe von approximativen Kollisionstests vor, die auf den beschriebenen Verfahren basieren. Wenn eine geringere Genauigkeit der Tests tolerierbar ist, kann so eine weitere Verbesserung der Performance erzielt werden.rnIm zweiten Teil der Arbeit beschreiben wir einen von uns entworfenen parallelen, sampling- basierten Bewegungsplaner zur Behandlung hochkomplexer Probleme mit mehreren “narrow passages”. Das Verfahren arbeitet in zwei Phasen. Die grundlegende Idee ist hierbei, in der er- sten Planungsphase konzeptionell kleinere Fehler zuzulassen, um die Planungseffizienz zu erh ̈ohen und den resultierenden Pfad dann in einer zweiten Phase zu reparieren. Der hierzu in Phase I eingesetzte Planer basiert auf sogenannten Expansive Space Trees. Zus ̈atzlich haben wir den Planer mit einer Freidru ̈ckoperation ausgestattet, die es erlaubt, kleinere Kollisionen aufzul ̈osen und so die Effizienz in Bereichen mit eingeschr ̈ankter Bewegungsfreiheit zu erh ̈ohen. Optional erlaubt unsere Implementierung den Einsatz von approximativen Kollisionstests. Dies setzt die Genauigkeit der ersten Planungsphase weiter herab, fu ̈hrt aber auch zu einer weiteren Perfor- mancesteigerung. Die aus Phase I resultierenden Bewegungspfade sind dann unter Umst ̈anden nicht komplett kollisionsfrei. Um diese Pfade zu reparieren, haben wir einen neuartigen Pla- nungsalgorithmus entworfen, der lokal beschr ̈ankt auf eine kleine Umgebung um den bestehenden Pfad einen neuen, kollisionsfreien Bewegungspfad plant.rnWir haben den beschriebenen Algorithmus mit einer Klasse von neuen, schwierigen Metall- Puzzlen getestet, die zum Teil mehrere “narrow passages” aufweisen. Unseres Wissens nach ist eine Sammlung vergleichbar komplexer Benchmarks nicht ̈offentlich zug ̈anglich und wir fan- den auch keine Beschreibung von vergleichbar komplexen Benchmarks in der Motion-Planning Literatur.

Working Alliance Inventory-Short Revised (WAI-SR): psychometric properties in outpatients and inpatients

The Working Alliance Inventory-Short Revised (WAI-SR) is a recently refined measure of the therapeutic alliance that assesses three key aspects of the therapeutic alliance: (a) agreement on the tasks of therapy, (b) agreement on the goals of therapy and (c) development of an affective bond. The WAI-SR demonstrated good psychometric properties in an initial validation in psychotherapy outpatients in the USA. The generalizability of these findings is limited because in some countries a substantial portion of individual psychotherapy is delivered in inpatient settings. This study investigated and compared the psychometric properties of the WAI-SR in German outpatients (N = 88) and inpatients (N = 243). In both samples reliability (alpha > 0.80) and convergent validity with the Helping Alliance Questionnaire were good (r > 0.64). Confirmatory factor analysis showed acceptable to good model fit for the proposed Bond-Task-Goal model in both samples. Multi-group analysis demonstrated that the same constructs were measured across settings. Alliance ratings of outpatients and inpatients differed regarding the overlap of alliance components and the magnitude of the alliance ratings: The differentiation of the alliance components was poorer in inpatients and they reported lower alliances. Unique aspects of the alliance in inpatient treatment are discussed and a need for further research on the alliance in inpatient settings is pointed out. Overall, the WAI-SR can be recommended for alliance assessment in both settings.

An indicator of sudden cardiac death during brief coronary occlusion: electrocardiogram QT time and the role of collaterals

The coronary collateral circulation has a beneficial role regarding all-cause and cardiac mortality. Hitherto, the underlying mechanism has not been clarified. The aim of this prospective study was to assess the effect of the coronary collateral circulation on electrocardiogram (ECG) QTc time change during short-term myocardial ischaemia.

In vitro detection of secondary caries associated with composite restorations on approximal surfaces using laser fluorescence

This study evaluated the performance of the DIAGNOdent pen laser fluorescence device (LFpen) in comparison with visual examination (VE), bitewing radiographs (BW) and visual examination combined with bitewing radiographs (VEBW) in detecting secondary approximal caries associated with composite restorations. In total, 60 approximal surfaces from 43 permanent molars with composite restorations were assessed twice by two examiners using the LFpen, VE, BW and VEBW. After histological preparation and hardness measurements, the sample was assigned to either a crown or root caries group, depending on the location of the lesions as the gold standard. For crown caries at D1, the highest values of specificity and sensitivity were observed for the LFpen at a cutoff value of 18 (1.00) and for the VEBW (0.89). At D3 (cutoff of 30), the LFpen showed the highest values of sensitivity and specificity. For root caries, the LFpen and VEBW showed the highest values of specificity (0.54), sensitivity (0.81) and accuracy (0.69). The Spearman rank correlation coefficients for crown/root caries with histology were 0.54/0.37 (LFpen), 0.29/0.10 (BW), 0.29/0.18 (VE) and 0.23/0.37 (VEBW). For the LFpen, the ICC varied from 0.80 (interexaminer) to 0.97 (intraexaminer B); the kappa value was 0.19 for BW and 0.35 for VE (interexaminer). Intraexaminer kappa values for BW were 0.25 (A) and 0.29 (B), and those for VE were 0.31 (A) and 0.32 (B). The LFpen device exhibited a performance comparable to that of conventional methods but with higher interexaminer reproducibility. Therefore, the LFpen should be considered an auxiliary method for the detection of secondary approximal caries associated with composite restorations.

Short-term effects of systemic antibiotics during periodontal healing

OBJECTIVES: To investigate the short-term effects of nonsurgical therapy (scaling and root planing, SRP) on the subgingival microbiota in chronic (CP) and aggressive (AP) periodontal disease. METHOD AND MATERIALS: Ninety-seven CP and AP subjects underwent full-mouth SRP on 2 consecutive days. AP patients were randomly assigned to either receive systemic metronidazole plus amoxicillin (AP+AB) or were treated mechanically alone (AP). Pathogens were identified with 16S rRNA oligodeoxynucleotide probes and dot-blot hybridization before and at days 2, 3, 4, 7, 10, and 21 of healing. CP subjects were treated by scaling and root planing along with placebo tablets. RESULTS: Initially, AP cell counts were 69.9- (Porphyromonas gingivalis), 10.2- (Aggregatibacter actinomycetemcomitans), 5.7- (Tannerella forsythia), and 3.3-fold (Prevotella intermedia) enhanced compared to CP cell counts. Following SRP, immediate elimination occurred in single individuals of all three treatment groups at day 2. After SRP plus antibiotic therapy (AP+AB), the prevalence scores dropped beyond the levels of AP and CP, beginning at day 7, and remained low until day 21 (P =or< .05). Clinical healing statistically benefited from SRP with no differences among the three treatment groups. CONCLUSION: Nonsurgical therapy resulted in both a suppression and early elimination of single taxa immediately after completion of active treatment. Systemic antibiotics significantly accelerate the suppression of the periodontal microflora, but have limited effect on the elimination of target isolates during healing.

Impact of single nucleotide polymorphisms and of clinical risk factors on new-onset diabetes mellitus in HIV-infected individuals

Background. Metabolic complications, including cardiovascular events and diabetes mellitus (DM), are a major long-term concern in human immunodeficienc virus (HIV)-infected individuals. Recent genome-wide association studies have reliably associated multiple single nucleotide polymorphisms (SNPs) to DM in the general population. Methods. We evaluated the contribution of 22 SNPs identifie in genome-wide association studies and of longitudinally measured clinical factors to DM. We genotyped all 94 white participants in the Swiss HIV Cohort Study who developed DM from 1 January 1999 through 31 August 2009 and 550 participants without DM. Analyses were based on 6054 person-years of follow-up and 13,922 measurements of plasma glucose. Results. The contribution to DM risk explained by SNPs (14% of DM variability) was larger than the contribution to DM risk explained by current or cumulative exposure to different antiretroviral therapy combinations (3% of DM variability). Participants with the most unfavorable genetic score (representing 12% and 19% of the study population, respectively, when applying 2 different genetic scores) had incidence rate ratios for DM of 3.80 (95% confidenc interval [CI], 2.05–7.06) and 2.74 (95% CI, 1.53–4.88), respectively, compared with participants with a favorable genetic score. However, addition of genetic data to clinical risk factors that included body mass index only slightly improved DM prediction. Conclusions. In white HIV-infected persons treated with antiretroviral therapy, the DM effect of genetic variants was larger than the potential toxic effects of antiretroviral therapy. SNPs contributed significantl to DM risk, but their addition to a clinical model improved DM prediction only slightly, similar to studies in the general population.

Influence of rhBMP-2 on bone formation and osseointegration in different implant systems after sinus-floor elevation. An in vivo study on sheep

Several studies have reported certain bone morphogenic proteins (BMPs) to have positive effects on bone generation. Although some investigators have studied the effects of human recombinant BMP (rhBMP-2) in sinus augmentation in sheep, none of these studies looked at the placement of implants at the time of sinus augmentation. Furthermore, no literature could be found to report on the impact that different implant systems, as well as the positioning of the implants had on bone formation if rhBMP-2 was utilized in sinus-lift procedures.