Combining meta-learning and search techniques to select parameters for support vector machines

Support Vector Machines (SVMs) have achieved very good performance on different learning problems. However, the success of SVMs depends on the adequate choice of the values of a number of parameters (e.g., the kernel and regularization parameters). In the current work, we propose the combination of meta-learning and search algorithms to deal with the problem of SVM parameter selection. In this combination, given a new problem to be solved, meta-learning is employed to recommend SVM parameter values based on parameter configurations that have been successfully adopted in previous similar problems. The parameter values returned by meta-learning are then used as initial search points by a search technique, which will further explore the parameter space. In this proposal, we envisioned that the initial solutions provided by meta-learning are located in good regions of the search space (i.e. they are closer to optimum solutions). Hence, the search algorithm would need to evaluate a lower number of candidate solutions when looking for an adequate solution. In this work, we investigate the combination of meta-learning with two search algorithms: Particle Swarm Optimization and Tabu Search. The implemented hybrid algorithms were used to select the values of two SVM parameters in the regression domain. These combinations were compared with the use of the search algorithms without meta-learning. The experimental results on a set of 40 regression problems showed that, on average, the proposed hybrid methods obtained lower error rates when compared to their components applied in isolation.

EEG amplitude modulation analysis for semi-automated diagnosis of Alzheimer's disease

Recent experimental evidence has suggested a neuromodulatory deficit in Alzheimer's disease (AD). In this paper, we present a new electroencephalogram (EEG) based metric to quantitatively characterize neuromodulatory activity. More specifically, the short-term EEG amplitude modulation rate-of-change (i.e., modulation frequency) is computed for five EEG subband signals. To test the performance of the proposed metric, a classification task was performed on a database of 32 participants partitioned into three groups of approximately equal size: healthy controls, patients diagnosed with mild AD, and those with moderate-to-severe AD. To gauge the benefits of the proposed metric, performance results were compared with those obtained using EEG spectral peak parameters which were recently shown to outperform other conventional EEG measures. Using a simple feature selection algorithm based on area-under-the-curve maximization and a support vector machine classifier, the proposed parameters resulted in accuracy gains, relative to spectral peak parameters, of 21.3% when discriminating between the three groups and by 50% when mild and moderate-to-severe groups were merged into one. The preliminary findings reported herein provide promising insights that automated tools may be developed to assist physicians in very early diagnosis of AD as well as provide researchers with a tool to automatically characterize cross-frequency interactions and their changes with disease.

Stochastic lattice model describing a vector-borne disease

We employ the approach of stochastic dynamics to describe the dissemination of vector-borne diseases such as dengue, and we focus our attention on the characterization of the threshold of the epidemic. The coexistence space comprises two representative spatial structures for both human and mosquito populations. The human population has its evolution described by a process that is similar to the Susceptible-Infected-Recovered (SIR) dynamics. The population of mosquitoes follows a dynamic of the type of the Susceptible Infected-Susceptible (SIS) model. The coexistence space is a bipartite lattice constituted by two structures representing the human and mosquito populations. We develop a truncation scheme to solve the evolution equations for the densities and the two-site correlations from which we get the threshold of the disease and the reproductive ratio. We present a precise deØnition of the reproductive ratio which reveals the importance of the correlations developed in the early stage of the disease. According to our deØnition, the reproductive rate is directed related to the conditional probability of the occurrence of a susceptible human (mosquito) given the presence in the neighborhood of an infected mosquito (human). The threshold of the epidemic as well as the phase transition between the epidemic and the non-epidemic states are also obtained by performing Monte Carlo simulations. References: [1] David R. de Souza, T^ania Tom∂e, , Suani R. T. Pinho, Florisneide R. Barreto and M∂ario J. de Oliveira, Phys. Rev. E 87, 012709 (2013). [2] D. R. de Souza, T. Tom∂e and R. M. ZiÆ, J. Stat. Mech. P03006 (2011).

Modulation der Immunogenität von humanen Nierenzellkarzinomzellen durch stabilen TAP1-Gentransfer

Bei Nierenzellkarzinomen (NZK), wie auch bei vielen anderen Tumoren konnte eine reduzierte Expression der Klasse I Haupthistokompatibilitäts-Komplexe (MHC Klasse I) nachgewiesen werden, die assoziiert sein kann mit der gestörten Expression oder Funktion von Komponenten der Antigenprozessierung. Eine verminderte Erkennung solcher Tumore durch zytotoxische T-Lymphozyten und ein Zusammenhang mit einem Fortschreiten der Erkrankung führte zu der Annahme, daß es sich bei diesen Störungen um "immune escape"-Mechanismen handelt. Um die Bedeutung des heterodimeren Peptidtransporters TAP ("transporter associated with antigen processing") für die Immunogenität von Nierenzellkarzinomen zu untersuchen, wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmals der stabile Gentransfer des humanen TAP1A-Gens in Nierenzellkarzinom-Zellen erfolgreich durchgeführt.
Dies konnte durch die Optimierung der Transfektionsmethode und des verwendeten Plasmid-Vektors erreicht werden. Die Transfektionen wurden mit Hilfe der Rechteck-Impuls-Elektroporation unter spezifischen, in der Arbeit etablierten Bedingungen durchgeführt. Der CMV-regulierte TAP-Expressions-Vektor wurde dahingehend verbessert, daß durch die Einführung einer IRES ("internal ribosomal entry site") Sequenz eine bicistronische m-RNS transkribiert wird, die sowohl das TAP1-Transgen als auch den Neomycin-Selektionsmarker enthält.
Es konnte nach klonaler Selektion eine stabile, aber unter den sieben getesteten Klonen heterogene Transkription der transgenen TAP1-mRNS nachgewiesen werden. In der Protein-Expression zeigten 5/7 der TAP1A-positive Klone eine mindestens zweifache Induktion der TAP1-Expression. In 2/7 dieser TAP1A-positive Klone war die TAP1-Überexpression mit einer Erhöhung der MHC Klasse I-Expression und selektiver Induktion des HLA-A2-Moleküls in der Durchflußzytometrie verbunden. Eine Quantifizierung des Peptidtransportes ergab je nach verwendetem Modellpeptid eine geringe oder gar keine Erhöhung der Transportrate in den TAP1-Transfektanden gegenüber Kontrollzellen. Ebenfalls konnte in Zytotoxizitäts-Analysen mit einer autologen T-Zellinie eine Erhöhung der spezifischen Lyse nicht gezeigt werden. Jedoch wurden im Zellkultur-Überstand dieser Zytotoxizitäts-Analysen bei einigen TAP1A-positive Transfektanden gegenüber mock transfizierten-Kontrollzellen deutlich erhöhte Werte des Tumornekrose-Faktor-alpha (TNF-alpha) gemessen, was als Maß einer T-Zell-Aktivierung gilt. Diese Ergebnisse sind konsistent mit einer ebenfalls deutlich gesteigerten T-Zell-Proliferation in Anwesenheit von TAP1A-positive Transfektanden.
Die alleinige stabile Überexpression von TAP1 in Nierenzellkarzinomzellen kann somit zu einer Modulation der MHC Klasse I-Expression und der T-Zell-Reaktivität führen. Das weist darauf hin, daß eine starke, konstitutive TAP1-Expression eine grundlegende Voraussetzung für eine effiziente Antigenprozessierung und Immunantwort darstellt und die Immuntoleranz gegenüber NZK durch stabilen TAP1-Gentransfer beinflußbar ist. Eine denkbare klinische Anwendung dieser Technik ist die Herstellung einer Tumorantigen-präsentierenden Zellvakzine, die eine T-Zell-Anergie gegenüber NZK durchbrechen könnte.
Schlüsselwörter: TAP, MHC, Antigenprozessierung, Tumorimmunologie, Gentransfer

Reaching to a target in the 3-D space

Reaching and grasping an object is an action that can be performed in light, under visual guidance, as well as in darkness, under proprioceptive control only. Area V6A is a visuomotor area involved in the control of reaching movements. V6A, besides neurons activated by the execution of reaching movements, shows passive somatosensory and visual responses. This suggests fro V6A a multimodal capability of integrating sensory and motor-related information, We wanted to know whether this integration occurrs in reaching movements and in the present study we tested whether the visual feedback influenced the reaching activity of V6A neurons. In order to better address this question, we wanted to interpret the neural data in the light of the kinematic of reaching performance. We used an experimental paradigm that could examine V6A responses in two different visual backgrounds, light and dark. In these conditions, the monkey performed an istructed-delay reaching task moving the hand towards different target positions located in the peripersonal space. During the execution of reaching task, the visual feedback is processed in a variety of patterns of modulation, sometimes not expected. In fact, having already demonstrated in V6A reach-related discharges in absence of visual feedback, we expected two types of neural modulation: 1) the addition of light in the environment enhanced reach-related discharges recorded in the dark; 2) the light left the neural response unmodified. Unexpectedly, the results show a complex pattern of modulation that argues against a simple additive interaction between visual and motor-related signals.

Modulation of apoptosis by endogenously produced nitric oxide

Untersuchungen zur Expression der induzierbaren NO-Synthetase (NOS2) belegen eine häufige Expression dieses Enzyms in Tumoren unterschiedlicher Gewebe. Bislang ist jedoch ungeklärt, ob die Expression der NOS2 in Tumorzellen die apoptotische Eliminierung durch zytotoxische T-Zellen beeinflussen kann. In der vorliegenden Arbeit wurden die Folgen einer endogenen NO-Synthese auf die Apoptosesensitivität von HEK293-Zellen untersucht. Um primäre NO-Wirkungen von NO-induzierten, sekundären (kompensatorischen) Veränderungen zu trennen, wurde mit einem induzierbaren Vektorsystem gearbeitet. Die NOS2 wurde zunächst unter der Kontrolle eines Ecdyson-sensitiven Promoters in HEK293-Zellen kloniert. Es konnten regulierbare NOS2-Klone selektiert werden, die nach Ponasteronbehandlung dosisabhängig die NOS2 exprimieren und NO synthetisieren. Die NOS2-Expression wurde durch Western Blot Analyse und Immunfluoreszenzfärbung dargestellt und die NO-Produktion mit Hilfe der Griess-Reaktion gemessen. An den NOS2-induzierten Zellen wurde dann der Einfluss von NO auf die CD95-vermittelte Apoptose analysiert. Es zeigte sich nach Stimulation des CD95-Rezeptors eine deutliche Korrelation der Apoptoserate mit der NOS2-Expression. In Kokulturexperimenten mit Peptid-spezifischen zytotoxischen T-Zellen zeigte sich, dass NO-produzierende Zielzellen effektiver eliminiert werden konnten. Auch nach Behandlung der Zellen mit TRAIL ergab sich eine höhere Apoptoserate in NO-produzierenden Zellen. Die weitere Analyse der durch NO beeinflussten Signalwege ergab eine Beteiligung von ER-Stress-vermittelten Apoptosewegen. Dies zeigte sich an der Hochregulation des ER-Stress-Proteins Grp78 (BiP) nach NOS2-Expression und der Spaltung der am ER-lokalisierten Caspase-4. Darüber hinaus konnte der schnellere Verlust des mitochondrialen Membranpotentials in Abhängigkeit von der NOS2-Expression nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Wirkung einer dauerhaften NO-Exposition auf die Apoptosesensitivität der Zellen untersucht. Auch ohne zusätzliche CD95-Stimulation induzierte eine kontinuierliche NOS2-Expression nach wenigen Tagen in den EcR293-NOS2-Zellen Apoptose. Diese Dauerbehandlung führte zum nahezu vollständigen Absterben der Kulturen. Einige Zellen überlebten jedoch diese Behandlung und wuchsen zu Zellklonen. Diese NO-resistenten Klone konnten isoliert werden. Sie zeigten eine zusätzliche Resistenz für CD95-vermittelte Apoptosesignale und waren besser vor dem Angriff Peptid-spezifischer CTLs geschützt. Die Apoptoseresistenz blieb auch nach längerer Kultur erhalten und scheint auf NO-induzierter Genotoxizität zu beruhen. Anhand dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass allein durch chronische NO-Behandlung eine Selektion apoptoseresistenter Zellen stattfinden kann.

Modulation der Genexpression und des neuronalen Zelltods durch das Amyloid-Vorläufer-Protein (APP)

Das Amyloid-Vorläufer-Protein (APP) spielt eine zentrale Rolle in der Entstehung und Entwicklung von Morbus Alzheimer. Hierbei ist die proteolytische Prozessierung von APP von entscheidender Bedeutung. Das Verhältnis von neurotoxischen und neuroprotektiven Spaltprodukten, die über den amyloidogenen und nicht-amyloidogenen Weg der APP-Prozessierung gebildeten werden, ist für das Überleben von Neuronen und deren Resistenz gegen zytotoxische Stress-Stimuli von hoher Relevanz. Störungen der Calcium-Homöostase sind ein bekanntes Phänomen bei Morbus Alzheimer. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle von überexprimiertem APP in der Regulation des neuronalen Zelltods nach Calcium Freisetzung untersucht. Die Calcium Freisetzung aus dem endoplasmatischen Retikulum wurde durch die Inhibition der sarko- und endoplasmatischen Calcium-ATPasen (SERCA) ausgelöst. Dies führt zur Induktion der sogenannten „unfolded protein response“ (UPR) und zu einer Aktivierung von Effektor-Caspasen. Für APP-überexprimierende PC12 Zellen konnte bereits zuvor eine im Vergleich zur Kontrolle nach der durch Calcium Freisetzung-induzierten Apoptose eine erhöhte intrazelluläre Calcium Konzentration nachgewiesen werden. Über die Messung der Aktivierung von Effektor-Caspasen konnte zudem ein gesteigerter Zelltod in den APP-überexprimierenden Zellen gemessen werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass der pro-apoptotische Transkriptionsfaktor CHOP, nicht aber die klassischen UPR-Zielgene spezifisch hochreguliert wurden. Die APP-modulierte gesteigerte Induktion von Apoptose nach Calcium Freisezung konnte durch Komplexierung der intrazellulären Calcium Ionen und durch Knockdown von CHOP im Vergleich zur Kontrolle gänzlich unterdrückt werden. Ferner bewirkte die Inhibition der Speicher-aktivierten Calcium-Kanälen (SOCC) eine signifikante Unterdrückung der beobachteten erhöhten intrazellulären Calcium Konzentration und der gesteigerten Apoptose in den APP-überexprimierenden PC12 Zellen. In diesem Teil der Arbeit konnte eindeutig gezeigt werden, dass APP in der Lage ist den durch Calcium-Freisetzung-induzierten Zelltod zu potenzieren. Diese Modulation durch APP verläuft in einer UPR-unabhängigen Reaktion über die Aktivierung von SOCC’s, einer erhöhten Aufnahme von extrazellulärem Calcium und durch erhöhte Induktion des pro-apoptotischen Transkriptionsfaktors CHOP. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die sAPPα-vermittelte Neuroprotektion untersucht. Dabei handelt es sich um die N-terminale Ektodomäne von APP, die über die Aktivität der α-Sekretase prozessiert wird und anschließend extrazellulär abgegeben wird. Ziel dieser Versuchsreihe war die neuroprotektive physiologische Funktion von APP im Hinblick auf den Schutz von neuronalen Zellen vor diversen für Morbus Alzheimer relevanten Stress-Stimuli bzw. Apoptose-Stimuli zu untersuchen. Durch die Analyse der Effektor-Caspasen konnte gezeigt werden, dass sAPPα in der Lage ist PC12 Zellen potent vor oxidativem Stress, DNA-Schäden, Hypoxie, proteasomalem Stress und Calcium-Freisetzung zu schützen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass sAPPα in der Lage ist den pro-apoptotischen Stress-induzierten JNK/Akt-Signalweg zu inhibieren. Eine Beteiligung des anti-apoptotischen PI3K/Akt-Signalwegs bei der sAPPα-vermittelten Protektion konnte über die Inhibition der PI3-Kinase ebenfalls demonstriert werden, die eine Aufhebung der sAPPα-vermittelten Neuroprotektion bewirkte. Diese Daten zeigen neue molekulare Mechanismen auf, die dem sAPPα-vermittelten Schutz vor pathophysiologisch relevanten Stress-Stimuli in neuronalen Zellen zugrunde liegen. Im letzten Teil der Arbeit wurden verschieden Gruppen von pharmakologischen Substanzen im Hinblick auf ihre neuroprotektive Wirkung untersucht und mit ihren Effekten auf den APP-Metabolismus korreliert. Die Untersuchungen ergaben, dass Galantamin, ein schwacher Acetycholinesterase Inhibitor und allosterisch potenzierender Ligand von nikotinischen Acetylcholin-Rezeptoren in der Lage war, naive, und mit noch höherer Effizienz APP-überexprimierende Zelllinien vor dem Stress-induzierten Zelltod zu schützen. Zudem bewirkte Galantamin in APP-überexprimierenden HEK293 Zellen eine rasche Erhöhung der sAPPα Sekretion, so dass hier von einer Rezeptor-vermittelten Modulation des APP Metabolismus ausgegangen werden kann. Omega-3 Fettsäuren wirken sich positiv auf die Membranfluidität von Zellen aus und es konnte bereits gezeigt werden, dass die Bildung des toxischen Aβ Peptids hierdurch vermindert wird. In Analogie zu Galantamin schützte die Omega-3 Fettsäure Docosahexaensäure (DHA) neuronale Zellen vor dem Stress-induzierten Zelltod, wobei der Schutz in APP-überexprimierenden Zellen besonders effizient war. Diese Daten legen nahe, dass die Aktivierung des antiamyloidogenen Wegs der APP-Prozessierung ein viel versprechender Ansatz für die Entwicklung neuer Therapien gegen Morbus Alzheimer sein könnte.

Near-Optimum Coding for q-ary Symmetric Channel with Application to Space Communications

Questa Tesi aspira a mostrare un codice a livello di pacchetto, che abbia performance molto vicine a quello ottimo, per progetti di comunicazioni Satellitari. L’altro scopo di questa Tesi è quello di capire se rimane ancora molto più difficile maneggiare direttamente gli errori piuttosto che le erasures. Le applicazioni per comunicazioni satellitari ora come ora usano tutte packet erasure coding per codificare e decodificare l’informazione. La struttura dell’erasure decoding è molto semplice, perché abbiamo solamente bisogno di un Cyclic Redundancy Check (CRC) per realizzarla. Il problema nasce quando abbiamo pacchetti di dimensioni medie o piccole (per esempio più piccole di 100 bits) perché in queste situazioni il costo del CRC risulta essere troppo dispendioso. La soluzione la possiamo trovare utilizzando il Vector Symbol Decoding (VSD) per raggiungere le stesse performance degli erasure codes, ma senza la necessità di usare il CRC. Per prima cosa viene fatta una breve introduzione su come è nata e su come si è evoluta la codifica a livello di pacchetto. In seguito è stato introdotto il canale q-ary Symmetric Channel (qSC), con sia la derivazione della sua capacità che quella del suo Random Coding Bound (RCB). VSD è stato poi proposto con la speranza di superare in prestazioni il Verification Based Decoding (VBD) su il canale qSC. Infine, le effettive performance del VSD sono state stimate via simulazioni numeriche. I possibili miglioramenti delle performance, per quanto riguarda il VBD sono state discusse, come anche le possibili applicazioni future. Inoltre abbiamo anche risposto alla domande se è ancora così tanto più difficile maneggiare gli errori piuttosto che le erasure.

Identifizierung chemischer Transportinhibitoren zur Modulation (patho)biologischer Genprodukte

Die intrazelluläre Lokalisation von Proteinen und Makromolekülen unterliegt in Eukaryoten einer strengen Regulation. Insbesondere erlaubt die Kompartimentierung eukaryotischer Zellen in Zellkern und Zytoplasma den simultanen Ablauf räumlich getrennter biochemischer Reaktionen, und damit die unabhängige Regulation zellulärer Programme. Da trotz intensiver Forschungsbemühungen bis dato die molekularen Details sowie die (patho)biologische Bedeutung von Kern-Zytoplasma-Transportprozessen noch immer nicht vollkommen verstanden sind, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Fokus auf die Identifizierung von chemischen Transportinhibitoren gelegt. Das zu diesem Zweck entwickelte Translokations-Biosensor-System basiert auf der Kombination von autofluoreszierenden Proteinen, sowie spezifisch ausgewählten Kernexport- und Kernimportsignalen. Nach Etablierung geeigneter Zellmodelle, die effizient und stabil die Translokations-Biosensoren exprimieren, wurde die 17 000 Substanzen umfassende Bibliothek der ChemBioNet-Initiative nach Kernexportinhibitoren mittels einer Fluoreszenzmikroskopie-basierten Hochdurchsatzanalyse-Plattform durchmustert. Zunächst wurden Translokations-Algorithmen, welche eine zuverlässige automatisierte Erkennung von Zellkern und Zytoplasma erlauben, optimiert. Im Folgenden konnten acht neue niedermolekulare Kernexport-Inhibitoren identifiziert werden, die sich in der Stärke, der Geschwindigkeit, sowie in der Beständigkeit der vermittelten Inhibition unterscheiden. Die Aktivität der Inhibitoren konnte auf den isolierten nukleären Exportsignalen (NES) von HIV-1 Rev und Survivin als auch auf den entsprechenden Volllängeproteinen mittels Mikroinjektionsexperimenten sowie durch umfassende in vitro und biochemische Methoden bestätigt werden. Zur Untersuchung der funktionellen Einheiten der Inhibitoren wurden homologe Substanzen auf Ihre Aktivität hin getestet. Dabei konnten für die Aktivität wichtige chemische Gruppen definiert werden. Alle Substanzen stellen neue Inhibitoren des Crm1-abhängigen Exports dar und zeigen keine nachweisbare NES-Selektivität. Interessanterweise konnte jedoch eine zytotoxische und Apoptose-induzierende Wirkung auf verschiedene Krebszellarten festgestellt werden. Da diese Wirkung unabhängig vom p53-Status der Tumorzellen ist und die Inhibitoren C3 und C5 die Vitalität nicht-maligner humaner Zellen signifikant weniger beeinträchtigen, wurden diese Substanzen zum internationalen Patent angemeldet. Da der nukleäre Export besonders für Tumorzellen einen wichtigen Überlebenssignalweg darstellt, könnte dessen reversible Hemmung ausgenutzt werden, um besonders in Kombination mit gängigen Krebstherapien eine therapeutisch relevante Tumorinhibition zu erzeugen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der neuen Exportinhibitoren ist auf dem Gebiet der Infektionskrankheiten zu sehen, da auch die Aktivität des essentiellen HIV-1 Rev-Proteins inhibiert wird. Zusätzlich konnte in der Arbeit gezeigt werden, dass der zelluläre Kofaktor des Crm1-abhängigen Exports des HIV-1 Rev-Proteins, die RNA-Helikase DDX3, ein eigenes NES enthält. Der Nachweis einer direkten Interaktion des HIV-1 Rev- mit dem DDX3-Protein impliziert, dass multiple Angriffstellen für chemische Modulatoren hinsichtlich einer antiviralen Therapie gegeben sind. Da die Vielfalt des chemischen Strukturraums es unmöglich macht diesen experimentell vollständig zu durchmustern, wurden im Rahmen dieser Arbeit auch Naturstoffe als vielversprechende Wirkstoffquelle untersucht. Um zukünftig umfassend bioaktive Substanzen aus diesen hochkomplexen Stoffgemischen experimentell identifizieren zu können, wurde eine Fluoreszenzmikroskopie-basierte Hochdurchsatzanalyse-Plattform am Mainz Screening Center (MSC) etabliert. Damit konnte bereits ein weiterer, bisher unbekannter Exportinhibitor aus Cyphellopsis anomala identifiziert werden. Neben einer Anwendung dieser Substanz als chemisches Werkzeug zur Aufklärung der Regulation von Transportvorgängen, stellt sich auch die evolutionsbiologisch relevante Frage, wie es dem Pilzproduzenten gelingt die Blockierung des eigenen Kernexports zu umgehen. Weiterführende Projekte müssen sich neben der Aufklärung der molekularen Wirkmechanismen der gefundenen Substanzen mit der Identifizierung spezifischer chemischer „Funktionseinheiten“ beschäftigen. Neben einem verbesserten mechanistischen Verständnis von Transportvorgängen stellen die erarbeiteten Transportinhibitoren Vorstufen zur Weiterentwicklung möglicher Wirkstoffe dar. Die im Rahmen dieser Arbeit etablierte Technologie-Plattform und molekularen Werkzeuge stellen darüber hinaus eine wichtige Voraussetzung dar, um eine systematische Suche nach möglichen Wirkstoffen im Forschungsfeld der „Chemischen Biomedizin“ voranzutreiben.

Computer simulation studies of vector spin glasses

Die vorliegende Doktorarbeit befasst sich mit klassischen Vektor-Spingläsern eine Art von ungeordneten Magneten - auf verschiedenen Gittertypen. Da siernbedeutsam für eine experimentelle Realisierung sind, ist ein theoretisches Verständnis von Spinglas-Modellen mit wenigen Spinkomponenten und niedriger Gitterdimension von großer Bedeutung. Da sich dies jedoch als sehr schwierigrnerweist, sind neue, aussichtsreiche Ansätze nötig. Diese Arbeit betrachtet daher den Limesrnunendlich vieler Spindimensionen. Darin entstehen mehrere Vereinfachungen im Vergleichrnzu Modellen niedriger Spindimension, so dass für dieses bedeutsame Problem Eigenschaften sowohl bei Temperatur Null als auch bei endlichen Temperaturenrnüberwiegend mit numerischen Methoden ermittelt werden. Sowohl hyperkubische Gitter als auch ein vielseitiges 1d-Modell werden betrachtet. Letzteres erlaubt es, unterschiedliche Universalitätsklassen durch bloßes Abstimmen eines einzigen Parameters zu untersuchen. "Finite-size scaling''-Formen, kritische Exponenten, Quotienten kritischer Exponenten und andere kritische Größen werden nahegelegt und mit numerischen Ergebnissen verglichen. Eine detaillierte Beschreibung der Herleitungen aller numerisch ausgewerteter Gleichungen wird ebenso angegeben. Bei Temperatur Null wird eine gründliche Untersuchung der Grundzustände und Defektenergien gemacht. Eine Reihe interessanter Größen wird analysiert und insbesondere die untere kritische Dimension bestimmt. Bei endlicher Temperatur sind der Ordnungsparameter und die Spinglas-Suszeptibilität über die numerisch berechnete Korrelationsmatrix zugänglich. Das Spinglas-Modell im Limes unendlich vieler Spinkomponenten kann man als Ausgangspunkt zur Untersuchung der natürlicheren Modelle mit niedriger Spindimension betrachten. Wünschenswert wäre natürlich ein Modell, das die Vorteile des ersten mit den Eigenschaften des zweiten verbände. Daher wird in Modell mit Anisotropie vorgeschlagen und getestet, mit welchem versucht wird, dieses Ziel zu erreichen. Es wird auf reizvolle Wege hingewiesen, das Modell zu nutzen und eine tiefergehende Beschäftigung anzuregen. Zuletzt werden sogenannte "real-space" Renormierungsgruppenrechnungen sowohl analytisch als auch numerisch für endlich-dimensionale Vektor-Spingläser mit endlicher Anzahl von Spinkomponenten durchgeführt. Dies wird mit einer zuvor bestimmten neuen Migdal-Kadanoff Rekursionsrelation geschehen. Neben anderen Größen wird die untere kritische Dimension bestimmt.

Computations of Vector-Valued Siegel Modular Forms

We carry out some computations of vector-valued Siegel modular forms of degree two, weight (k, 2) and level one, and highlight three experimental results: (1) we identify a rational eigenform in a three-dimensional space of cusp forms; (2) we observe that non-cuspidal eigenforms of level one are not always rational; (3) we verify a number of cases of conjectures about congruences between classical modular forms and Siegel modular forms. Our approach is based on Satoh's description of the module of vector-valued Siegel modular forms of weight (k, 2) and an explicit description of the Hecke action on Fourier expansions. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.

MIMO waveform design using continuous phase modulation

Hybrid MIMO Phased-Array Radar (HMPAR) is an emerging technology that combines MIMO (multiple-in, multiple-out) radar technology with phased-array radar technology. The new technology is in its infancy, but much of the theoretical work for this specific project has already been completed and is explored in great depth in [1]. A brief overview of phased-array radar systems, MIMO radar systems, and the HMPAR paradigm are explored in this paper. This report is the culmination of an effort to support research in MIMO and HMPAR utilizing a concept called intrapulse beamscan. Using intrapulse beamscan, arbitrary spatial coverage can be achieved within one MIMO beam pulse. Therefore, this report focuses on designing waveforms for MIMO radar systems with arbitrary spatial coverage using that phenomenon. With intrapulse beamscan, scanning is done through phase-modulated signal design within one pulse rather than phase-shifters in the phased array over multiple pulses. In addition to using this idea, continuous phase modulation (CPM) signals are considered for their desirable peak-to-average ratio property as well as their low spectral leakage. These MIMO waveforms are designed with three goals in mind. The first goal is to achieve flexible spatial coverage while utilizing intrapulse beamscan. As with almost any radar system, we wish to have flexibility in where we send our signal energy. The second goal is to maintain a peak-to-average ratio close to 1 on the envelope of these waveforms, ensuring a signal that is close to constant modulus. It is desired to have a radar system transmit at the highest available power; not doing so would further diminish the already very small return signals. The third goal is to ensure low spectral leakage using various techniques to limit the bandwidth of the designed signals. Spectral containment is important to avoid interference with systems that utilize nearby frequencies in the electromagnetic spectrum. These three goals are realized allowing for limitations of real radar systems. In addition to flexible spatial coverage, the report examines the spectral properties of utilizing various space-filling techniques for desired spatial areas. The space-filling techniques examined include Hilbert/Peano curves and standard raster scans.

Spatial modulation of primate inferotemporal responses by eye position.

BACKGROUND: A key aspect of representations for object recognition and scene analysis in the ventral visual stream is the spatial frame of reference, be it a viewer-centered, object-centered, or scene-based coordinate system. Coordinate transforms from retinocentric space to other reference frames involve combining neural visual responses with extraretinal postural information. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We examined whether such spatial information is available to anterior inferotemporal (AIT) neurons in the macaque monkey by measuring the effect of eye position on responses to a set of simple 2D shapes. We report, for the first time, a significant eye position effect in over 40% of recorded neurons with small gaze angle shifts from central fixation. Although eye position modulates responses, it does not change shape selectivity. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: These data demonstrate that spatial information is available in AIT for the representation of objects and scenes within a non-retinocentric frame of reference. More generally, the availability of spatial information in AIT calls into questions the classic dichotomy in visual processing that associates object shape processing with ventral structures such as AIT but places spatial processing in a separate anatomical stream projecting to dorsal structures.

Impaired top-down modulation of saccadic latencies in patients with schizophrenia but not in first-degree relatives

Impaired eye movements have a long history in schizophrenia research and meet the criteria of a reliable biomarker. However, the effects of cognitive load and task difficulty on saccadic latencies (SL) are less understood. Recent studies showed that SL are strongly task dependent: SL are decreased in tasks with higher cognitive demand, and increased in tasks with lower cognitive demand. The present study investigates SL modulation in patients with schizophrenia and their first-degree relatives. A group of 13 patients suffering from ICD-10 schizophrenia, 10 first-degree relatives, and 24 control subjects performed two different types of visual tasks: a color task and a Landolt ring orientation task. We used video-based oculography to measure SL. We found that patients exhibited a similar unspecific SL pattern in the two different tasks, whereas controls and relatives exhibited 20–26% shorter average latencies in the orientation task (higher cognitive demand) compared to the color task (lower cognitive demand). Also, classification performance using support vector machines suggests that relatives should be assigned to the healthy controls and not to the patient group. Therefore, visual processing of different content does not modulate SL in patients with schizophrenia, but modulates SL in the relatives and healthy controls. The results reflect a specific oculomotor attentional dysfunction in patients with schizophrenia that is a potential state marker, possibly caused by impaired top-down disinhibition of the superior colliculus by frontal/prefrontal areas such as the frontal eye fields.

The triplite–triploidite supergroup: structural modulation in wagnerite, discreditation of magniotriplite, and the new mineral hydroxylwagnerite

Electron-microprobe analysis, single-crystal X-ray diffraction with an area detector, and high-resolution transmission electron microscopy show that minerals related to wagnerite, triplite and triploidite, which are monoclinic Mg, Fe and Mn phosphates with the formula Me2+ 2PO4(F,OH), constitute a modulated series based on the average triplite structure. Modulation occurs along b and may be commensurate with (2b periodicity) or incommensurate but generally close to integer values (∼3b, ∼5b, ∼7b, ∼9b), i.e. close to polytypic behaviour. As a result, the Mg- and F-dominant minerals magniotriplite and wagnerite can no longer be considered polymorphs of Mg2PO4F, i.e., there is no basis for recognizing them as distinct species. Given that wagnerite has priority (1821 vs. 1951), the name magniotriplite should be discarded in favour of wagnerite. Hydroxylwagnerite, end-member Mg2PO4OH, occurs in pyrope megablasts along with talc, clinochlore, kyanite, rutile and secondary apatite in two samples from lenses of pyrope–kyanite–phengite–quartz-schist within metagranite in the coesite-bearing ultrahigh-pressure metamorphic unit of the Dora-Maira Massif, western Alps, Vallone di Gilba, Val Varaita, Piemonte, Italy. Electron microprobe analyses of holotype hydroxylwagnerite and of the crystal with the lowest F content gave in wt%: P2O5 44.14, 43.99; SiO2 0.28, 0.02; SO3 –, 0.01; TiO2 0.20, 0.16; Al2O3 0.06, 0.03; MgO 48.82, 49.12; FeO 0.33, 0.48; MnO 0.01, 0.02; CaO 0.12, 0.10; Na2O 0.01, –; F 5.58, 4.67; H2O (calc) 2.94, 3.36; –O = F 2.35, 1.97; Sum 100.14, 99.98, corresponding to (Mg1.954Fe0.007Ca0.003Ti0.004Al0.002Na0.001)Σ=1.971(P1.003Si0.008)Σ=1.011O4(OH0.526F0.474)Σ=1 and (Mg1.971Fe0.011Ca0.003Ti0.003Al0.001)Σ=1.989(P1.002Si0.001)Σ=1.003O4(OH0.603F0.397)Σ=1, respectively. Due to the paucity of material, H2O could not be measured, so OH was calculated from the deficit in F assuming stoichiometry, i.e., by assuming F + OH = 1 per formula unit. Holotype hydroxylwagnerite is optically biaxial (+), α 1.584(1), β 1.586(1), γ 1.587(1) (589 nm); 2V Z(meas.) = 43(2)°; orientation Y = b. Single-crystal X-ray diffraction gives monoclinic symmetry, space group P21/c, a = 9.646(3) Å, b = 12.7314(16) Å, c = 11.980(4) Å, β = 108.38(4) , V = 1396.2(8) Å3, Z = 16, i.e., hydroxylwagnerite is the OH-dominant analogue of wagnerite [β-Mg2PO4(OH)] and a high-pressure polymorph of althausite, holtedahlite, and α- and ε-Mg2PO4(OH). We suggest that the group of minerals related to wagnerite, triplite and triploidite constitutes a triplite–triploidite super-group that can be divided into F-dominant phosphates (triplite group), OH-dominant phosphates (triploidite group), O-dominant phosphates (staněkite group) and an OH-dominant arsenate (sarkinite). The distinction among the three groups and a potential fourth group is based only on chemical features, i.e., occupancy of anion or cation sites. The structures of these minerals are all based on the average triplite structure, with a modulation controlled by the ratio of Mg, Fe2+, Fe3+ and Mn2+ ionic radii to (O,OH,F) ionic radii.