Computergestützte Visualisierung eines human-embryonalen Gehirns

In der vorliegenden Arbeit wurde das 3-D-Modell des Gehirns eines frühen humanen Embryos angefertigt, des Weiteren eine 3-D-Software entwickelt, die es erlaubt, das Modell in Echtzeit manipulierbar darzustellen und es schließlich vollwertig stereoskopisch betrachten zu können. Diese Software wird Studierenden auf dem Server des Leibniz-Rechenzentrums zur Verfügung gestellt. Damit können sie am eigenen Rechner virtuelle 3-D-Modelle, die am Lehrstuhl III der Anatomischen Anstalt erarbeitet und bereit gestellt werden, plastisch (auch stereoskopisch) studieren. So besteht in Zukunft die Möglichkeit, die embryonale Entwicklung mit zeitgemäßen Methoden leicht verständlich zu veranschaulichen. Dem 3-D-Modell diente als Quellmaterial eine Schnittserie aus 574 Schichten eines menschlichen Embryos im Carnegie-Stadium 18. Die Schichten wurden über ein Mikroskop digitalisiert und am Computer wieder räumlich zueinander ausgerichtet. Um die ursprünglichen anatomischen Verhältnisse trotz der verzerrten Schnitte mit dem kommerziell verfügbaren Programm AmiraDev 3.0 möglichst korrekt herzustellen, wurde dieser elementare aber komplizierte Schritt durch selbst entwickelte Techniken unterstützt und sichtbar verbessert. Im so entstandenen Bilderstapel wurde das Gehirn markiert und dann zum virtuellen Modell trianguliert. Die hier entwickelte 3-D-Software erlaubt es, das willkürlich drehbare 3-D-Modell sowie andere Rekonstruktionen am Rechner anzuzeigen. Eine frei wählbare Schnittebene und die Transparenzfunktion geben Aufschluss über den inneren Aufbau des 3-D-Modells, z. B. über das Ventrikelsystem. In der Programmiersprache C++ wurden hocheffiziente, handoptimierte Bibliotheken für lineare Algebra und Computergrafik entwickelt, die eine ruckfreie Betrachtung ermöglichen. Im Hinblick auf Effizienz, Erweiterbarkeit und Fehlervermeidung wurde auf ein wohl überlegtes Software-Design mit sicherer Semantik Wert gelegt. Auch wenn ein virtuelles 3-D-Modell bereits einen besseren räumlichen Eindruck als eine plane Abbildung verschafft, kommt eine echte Tiefenwirkung erst durch stereoskopische Darstellung zustande. Diese wurde lege artis als asymmetrische perspektivische Projektion so implementiert, dass sie unkompliziert auf Tastendruck genutzt werden kann. Die ausgereifte Software beherrscht das Anaglyphenverfahren (Rot-Grün-Brille) genauso wie auch aufwendigere Projektionsverfahren. Die Arbeit stellt darüber hinaus in kurzer Form die für die Programmentwicklung relevanten mathematischen Grundlagen dar. Ferner wird ein Überblick über die im Internet verfügbaren, teils kommerziell vertriebenen Datensätze – speziell zur Embryologie – gegeben und das selbst entwickelte Darstellungsmodell mit seinen Vorteilen und den (selbst auferlegten) Beschränkungen in dieses Bezugssystem eingeordnet

Ultraschallbasiertes Navigationsverfahren für die minimal-invasive Chirurgie im Kopf-Hals-Bereich

In dieser Arbeit wird ein spezialisiertes Navigationsverfahren und ein entsprechender Prototyp vorgestellt, welches den besonderen Anforderungen der minimal-invasiven Chirurgie um Halsbereiche gerecht wird. Insbesondere die Abschätzung der intraoperativen Verschieblichkeit ist aufgrund der Patientenlagerung erforderlich. Dies wurde durch den Entwurf eines FEM-Weichgewebemodells berücksichtigt. Ein deformierbares Halsphantom wurde entworfen und gebaut, um das Verfahren zu prüfen

Empirische Studie zum kumulativen Kompetenzaufbau des Experimentierens mit lebenden Tieren (Asseln)

Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit Kompetenzförderung von SchülerInnen der Sekundarstufe I im Bereich des Experimentierens. Den theoretischen Rahmen der Forschung bilden die durch Einführung von Bildungsstandards angestrebten Problemlösekompetenzen der SchülerInnen, wobei das Kompetenzmodell zum Experimentieren nach Hammann (2004), das auf dem dreiphasigen Scientific Discovery as Dual Search Modell (SDDS-Modell) nach Klahr (2000) aufbaut, den Hauptbezugspunkt darstellt. Von diesem lassen sich folgende für kompetenzfördernden Unterricht bedeutende Fragestellungen ableiten: Erfahren SchülerInnen der Sekundarstufe I durch die Teilnahme an einem Programm zur kumulativen Kompetenz-förderung des Experimentierens einen Kompetenzzuwachs? Ist dieser Kompetenzzuwachs abhängig von Alter und Geschlecht der Probanden? Lassen sich Unterschiede zwischen den Teilkompetenzbereichen des Experimentierens "Suche im Hypothesensuchraum", "Suche im Experimentiersuchraum" und "Datenanalyse" identifizieren? Zur Datengewinnung wurde eine Interventionsstudie mit Pre- und Posttest angesetzt. Die Stichprobe umfasste n=148 Probanden (61 weiblich, 84 männlich), von denen 50 SchülerInnen der 6., 7. und 8. Schulstufe an dem Experimentierprogramm zum Thema "Lebende Tiere" teilnahmen und 79 SchülerInnen als Kontrollgruppe lediglich Pre- und Posttest bearbeiteten. Zur Erhebung quantitativer Daten wurden Fragebögen eingesetzt, qualitative Daten wurden durch Kleingruppeninterviews bzw. schriftlich zu bearbeitenden offenen Fragestellungen gewonnen. Das Interventionsprogramm umfasste vier Unterrichtseinheiten, in denen mit den SchülerInnen die Grundsätze wissenschaftlichen Experimentierens durch Beispiele aus unterschiedlichen Themengebieten, insbesondere aber mit Bezug auf Asseln, erarbeitet wurden. Die Datenauswertung erfolgte im quantitativen Bereich mit SPSS 15, im qualititativen Bereich nach der Methode der Qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring (2000). Die zentralen Ergebnisse belegen, dass ein Kompetenzzuwachs gemessen werden konnte. Die höchsten Zuwächse im Bereich der Methodik erfuhren im Bezug auf das Alter die SchülerInnen der 8. Schulstufe und im Geschlechtervergleich die Mädchen, wobei beide Gruppen jedoch mit einem geringeren Vorwissen in die Studie eingingen als die entsprechenden Vergleichsgruppen. Ferner konnte bei den SchülerInnen eine Kompetenzsteigerung insbesondere im Bereich des Erklärens von Experimenten bzw. des Schlussfolgerungen-Ziehens verzeichnet werden. Der Umgang mit Hypothesen erscheint weiterhin problematisch. Hinsichtlich des epistemologischen Wissens zum Experimentieren weisen die Mädchen den höchsten Zuwachs auf, im Altersvergleich die SchülerInnen der 2. Schulstufe, wobei auch hier von geringeren Vorkenntnissen als bei den Vergleichsgruppen ausgegangen wurde

Zur Bedeutung des Erfahrungsraums Natur für eine psychomotorisch-motologische Entwicklungs- und Gesundheitsförderung

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Bedeutung des Erfahrungsraumes Natur für eine psychomotorisch-motologische Entwicklungs- und Gesundheitsförderung. Dazu wird zunächst dargestellt, welche grundlegenden Strukturen das Zusammenwirken von Mensch und Natur bestimmen, z.B. im Wandel des Naturverständnisses, in der Ausprägung gesellschaftlicher und individueller Naturkonzepte, im Zusammenhang mit dem eigenen Körper und Leib sowie dem Bezug von Mensch und (Natur-)Raum. Daran anschließend geht es um den Einfluss von Naturräumen auf die individuelle menschliche Entwicklung und Gesundheit über die gesamte Lebensspanne. Es werden Öko-Entwicklungspsychologische Grundlagen sowie vielfältige Studien zu den Wirkungen von Naturerfahrungen von der Kindheit bis ins hohe Alter zusammengefasst. Im Folgenden wird zudem ein umfassender Überblick zu allen pädagogisch-therapeutischen Fachdisziplinen gegeben, welche den Erfahrungsraum Natur nutzen. Es werden Informationen zur jeweiligen Entstehung und Verbreitung, zu den Zielen, Inhalten und Methoden, zur Bedeutung von Bewegung und Körper, zum Mensch-Naturverständnis und zu Wirksamkeitsstudien in der Natursportpädagogik, Erlebnis- und Abenteuerpädagogik, Natur- und Umweltpädagogik, Wildnispädagogik, Gartentherapie, Naturtherapie und bei tiergestützten Interventionen aufgeführt. Anknüpfend geht es um die prinzipiellen Wirkungspotentiale und Erfahrungsfelder von Naturräumen, welche für entwicklungsbegleitende und gesundheitsfördernde Zusammenhänge in Pädagogik und Therapie genutzt werden können. Es wird eine weitreichende Argumentationshilfe geliefert, welche das therapeutische und pädagogische Arbeiten in der Natur fundiert. Abschließend findet eine Spezifizierung statt, die herausstellt, wie eine psychomotorisch-motologische Entwicklungs- und Gesundheitsförderung im Erfahrungsraum Natur systematisiert und praxeologisch konkretisiert werden kann

Partikelaufnahme in der Hühnerlunge

Der Aufnahmemechanismus, Weitertransport sowie Abbau von inhalierten Partikeln in der Vogellunge sind im Vergleich zur Säugerlunge weitgehend unverstanden. Dies liegt zum einen an den anatomischen Unterschieden und zum anderen an der geringeren Verfügbarkeit spezifischer Marker, insbesondere für aviäre antigenpräsentierende Zellen. Von bestimmten Bereichen der Vogellunge, wie dem follikelassoziierten Epithel (FAE) des Bronchus-assoziierten lymphatischen Gewebes (BALT) oder den Atrienepithelien, wird die Fähigkeit zur Phagozytose angenommen. Umfassende histologische Untersuchungen zur Partikelaufnahme, die dies belegen, sind jedoch nicht vorhanden. Diese Arbeit setzt sich anhand von unterschiedlichen histologischen Techniken umfassend mit der Partikelaufnahme in der Hühnerlunge auseinander. Die Versuche stellen eine histologische Annäherung an das Thema Partikelaufnahme in der Vogellunge dar und dienen als Grundlage für die Etablierung von geeigneten in vivo-Versuchs-modellen für die histologische Analyse. Aus diesem Grund – und insbesondere aus Tierschutzgründen – wurde die Applikation in Anlehnung an beschriebene Infektionsversuche kurze Zeit post mortem durchgeführt. Um die Heterogenität der Partikel in der Stallluft abzubilden, wurden unterschiedliche Partikel tracheal appliziert (Tusche, Latex-Beads, Fluoresceinisothiocyanat, Neutralrot, E. coli). Die Vitalität des Gewebes wurde anhand von Vitalitätsfärbungen bestätigt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen deutlich, dass alle eingegebenen Partikel sowie E. coli-Bakterien durch das Atrienepithel aufgenommen werden und belegen damit dessen postulierte Phagozytosefähigkeit. Entgegen den Forschungs-ergebnissen beim Säuger ist im Bereich des FAE des Hühner-BALT nur eine geringe Aufnahmekapazität für Tusche und Beads darstellbar, wohingegen FITC (Fluoresceinisothiocyanat) effektiv durch das gesamte FAE aufgenommen wird. Hinweise zum Abtransport der Partikel lassen sich aus den histologischen Befunden ableiten. Sowohl Tusche als auch Beads sind vermehrt in den interparabronchialen Septen und teilweise in der Nähe extrabronchialer germinaler Zentren (GCs) sowie den Blutgefäßen darstellbar. In den GCs älterer Tiere finden sich regelmäßig Partikelablagerungen, die teilweise positiv mit dem anti Pan-Zytokeratin-Antikörper reagieren und Federstaub entsprechen können. Die GCs können somit einen Ablageort für inhalierte Partikel darstellen, ähnlich wie dies bei Säugerlymphknoten beschrieben ist. Aufgrund dieser Ergebnisse und zum besseren Verständnis der pulmonalen GCs wurde eine dreidimensionale Rekonstruktion der GCs erstellt. Diese zeigte, dass sich die GCs der Lunge von den typisch kugeligen Milz-GCs unterscheiden und an die strukturellen Besonder-heiten der Lunge angepasst sind. Neutralrot, Kohlenstoffpartikel aus der Tusche und Beads werden den Ergebnissen der Arbeit nach durch Makrophagen bzw. dendritische Zellen im Bereich der Atriensepten aufgenommen und somit möglicherweise zellulär zu den Blutgefäßen und interparabronchialen Septen transportiert. Die interparabronchialen Septen können eine lymphatische Drainage der Lunge darstellen, der Nachweis von Lymphendothelzellen gelang mit den zur Verfügung stehenden Antikörpern allerdings nicht. Allein FITC reichert sich in den Epithelien des Primärbronchus und der Atrien an und findet sich nur vereinzelt im Bindegewebe. Die Identifizierung der FITC-assoziierten Zellen gelang mit den derzeit verfügbaren Markern jedoch nicht. Die antigenspezifische Immunantwort wurde im Rahmen einer Impfung mit dem Newcastle Disease Virus durch Genexpressionsanalysen in Abhängigkeit der verschiedenen Kompartimente der Lunge (Primärbronchus, Parenchym, Trachea) und der Milz untersucht. Die konjunktivale Impfung führt sowohl zu einer systemischen als auch pulmonalen Immunantwort in Form eines Anstiegs der B Zellen und des Enzyms AID (activation induced cytidine deaminase), das im Rahmen der germinalen Zentrumsreaktion exprimiert wird. Immunhisto-chemische Untersuchungen als Ansatz eines histologischen Verständnisses der immunologischen Vorgänge weisen hierbei sowohl auf eine Beteiligung des BALT (Anstieg der GC-Zahl) als auch auf eine schleimhautassoziierte Immunität hin (Anstieg der IgA-Sekretion). Auf den hier etablierten Versuchsmodellen aufbauend, kann der Weg inhalierter Partikel durch in vivo-Studien gezielt analysiert und die Frage nach dem Abtransport aus der Lunge nach Aufnahme durch das Atrienepithel bzw. das FAE weiterverfolgt werden.In contrast to the mammalian lung comparatively little is known about the avian respiratory immune system and the mechanisms by which inhaled particles are taken up, transported and degraded. The anatomical differences compared to the mammalian lung as well as the scarcity of known immune cell markers are complicating the analysis. Some pulmonary structures like the atrial and the follicle associated epithelium (FAE) of the bronchus associated lymphoid tissue (BALT) are suspected to be capable of endocytosis. But extensive histological studies focusing on the particle uptake in the avian lung are missing to this day. Therefore this work’s aim is to analyze the route of tracheally applied particles and to characterize the cells involved in particle uptake by histological and immunohistochemical methods. The experiments of this work represent a histological approach towards the understanding of particle uptake in the avian lung and help to establish a suitable experimental design for further histological studies on the chicken lung. Taking this into account and due to animal welfare reasons the experiments were performed post mortem on the basis of infection models of cultured lung tissue. To imitate the heterogeneity of dust particles inhaled by chickens under conventional housing conditions different types of particles were used (ink, beads, fluorescein isothiocyanate, neutral red, E. coli). The viability of the lung tissue was confirmed by neutral red as a viability marker. This work’s detailed histological study clearly shows the uptake of all applied particles, chemicals and the E. coli bacteria by the atrial epithelium, confirming its postulated phagocytic capacity. In contrast to research results concerning the mammalian BALT there is only little uptake of ink (approx. 2 µm) and latex beads (1 µm) by the FAE of the avian BALT, whereas FITC (fluorescein isothiocyanate) is taken up effectively. There is histological evidence of a possible path of particle transport after entering the lung. The carbon particles of the ink as well as the latex beads can be found in increased number inside the inter-parabronchial septa and also partly near extrabronchial germinal centers (GC) or inside the pulmonary blood vessels. GCs of older animals regularly show deposition of heterogeneous particles, which partly can be stained by the anti pan cytokeratin antibody and therefore could represent feather keratins. This finding suggests that the GCs play a role as a place of antigen presentation and deposition similar to the mammalian pulmonary lymph nodes. Furthermore neutral red, carbon particles and latex beads are taken up by macrophages and dendritic cells respectively localized within the atrial septa. Therefore the particle transport towards the interparabronchial septa, GCs or blood vessels could take place by cellular mechanisms. The interparabronchial septa could function as lymphatic vessels of the lung, though the existence of lymphatic endothelial cells could not be proven by currently available antibodies. FITC is found mainly inside the epithelium of the primary bronchus and the atria, while there is only little FITC within the connective tissue, but currently available antibodies failed to characterize the FITC associated cells. The antigen specific immune response was investigated by NDV-vaccination in consideration of the different bronchial and extrabronchial compartments (primary bronchus, parenchyma, trachea) and the spleen. The conjunctival vaccination leads both to a systemic and local immune response in terms of an increase of the gene expression of B cells and the enzyme AID (activation induced cytidine deaminase) as a marker of the germinal center reaction. Immunohistochemical analysis as a step towards understanding the pulmonary immune reaction indicates a participation of the BALT (increase of number of GCs) as well as a mucosal immunity (increase of IgA secretion). The experimental design established in this work can be used to analyze the particle uptake in the avian lung by in vivo studies and thus helps to answer the question how and where particles are transported after uptake by the atrial or follicle associated epithelium

Das Formline Design und der Wandel des Tricksterbildes in Theorie- und Kunstgeschichte : unter spezieller Berücksichtigung der Ethnien an der pazifischen Nordwestküste Kanadas

Project title: The change of the image and picture of the Raven-Trickster at the pacific northwest coast under special consideration of the different art-stiles (Dissertation Gilbert Rüegg) Principal Investigator(s): Förster, Till Project Members: Rüegg, Gilbert Organisation / Research unit: Departement Gesellschaftswissenschaften / Visuelle und politische Ethnologie (Förster) Project start: 31.12.2007 Probable end: 31.12.2015 Status: Completed Abstract: The peoples of the pacific northwest coast have a long history of two- and three-dimensional visual expression. Wood plays a crucial role in the past. Since the contact with the white people new materials, media and techniques have been appropriated and applied to express mythical beings that once served only as crests. One of the most prominent beings among the vast pantheon is the trickster, which among the peoples of the northwest coast is at the same time often seen as a god, culture hero and transformer. The thesis is mainly dealing with the question how this figure has been depicted earlier and today and how far the meaning that is conveyed and associated with the depictions have altered over the time. Since the end of the potlatch prohibition (1884-1951) a renaissance occurred in the pacific art among the natives of the pacific northwest coast. Once mainly markers of family, genealogy and heritage, artworks of today express stakes concerning land claims or demonstrate the new awakened consciousness for their own ethnicity. Two and three-dimensional expressions of the trickster show mainly the raven. Besides the treatment of older meanings and contents, nowadays this figure is used in dealing with contemporary themes and subjects such as environmental protection eca., which is visible while interpreting these artworks. Keywords: visual culture, peoples of the pacific northwest coast, trickster, formline design Abstract (Deutsch) Das Formline Design und der Wandel des Tricksterbildes in Theorie- und Kunstgeschichte; unter spezieller Berücksichtigung der Ethnien an der pazifischen Nordwestküste Kanadas Die Völker an der pazifischen Nordwestküste haben eine lange Geschichte der zwei- und dreidimensionalen Kunst. Holz spielte als primäre Ressource diesbezüglich in der Vergangenheit eine dominante Rolle. Seit dem Kontakt mit den weissen Einwanderern wurden jedoch neue Materialien, Medien und Techniken in der Kunst angewendet, um mythische Wesen, welche einst als Klanwappen dienten, visuell auszudrücken. Eines der wichtigsten Wesen im riesigen Pantheon dieser religiösen Figuren ist der Trickster, welcher bei den Völkern der Nordwestküste oft gleichzeitig als Gott, Kulturheld und Transformer angesehen wird. Die These handelt vorwiegend von der Frage, wie diese Figur heute im Vergleich zu früher dargestellt wird und wie sich die Bedeutungsgehalte, die mit diesen Darstellungen vermittelt werden, über die Zeiten verändert haben. Seit dem Ende des Potlatchverbotes (1884-1951) ist bei den Ethnien an der pazifischen Nordwestküste eine Renaissance in ihrer Kunst festzustellen. Einst hauptsächlich Abzeichen der Familie, der Genealogie und des Erbes werden heute in der Kunst auch Landansprüche und das wachsende Bewusstsein für die eigene Ethnizität ausgedrückt. Der Trickster erscheint in der zwei- und dreidimensionalen Kunst vorwiegend als Rabe. Im Buch werden einstige Bedeutungsgehalte dieser Figur behandelt und es wird gezeigt, wie heutige indianische Künstler den Tricksterraben dazu benutzen, um auf aktuelle Thematiken und Problematiken aufmerksam zu machen, wie etwa die Erhaltung der Umwelt. All dies geschieht im Rahmen der Interpretation von Kunstwerken, die von Künstlern - vorwiegend indianischer Herkunft - stammen

Unzeitgemäße Utopien: Migrantinnen zwischen Selbsterfindung und Gelehrter Hoffnung

In der vorliegenden Untersuchung werden Migrantinnen nach ihren Utopien befragt, ihren "kleinen Träumen" und "großen Sehnsüchten" nachgespürt. Dabei gelingt es, die enge Verflochtenheit zwischen utopischem Denken und migrantischen Praxen herauszuarbeiten und Migrantinnen als kritisch-politische Mitglieder einer demokratischen Gesellschaft darzustellen. Die utopischen Beiträge erscheinen ungetrübt als paradox, naiv und gleichzeitig politisch radikal, strategisch durchdacht. Einseitige Forschungsperspektiven, die Migrantinnen entweder zu "Heldinnen" verklären oder sie in der Rolle als "Opfer" festzurren, werden hier gleichzeitig problematisiert und irritiert