Cardiovascular Biomarkers’ Inherent Timescales in Mental Workload Assessment During Simulated Air Traffic Control Tasks

One central topic in ergonomics and human-factors research is the assessment of mental workload. Heart rate and heart rate variability are common for registering mental workload. However, a major problem of workload assessment is the dissociation among different workload measures. One potential reason could be the disregard of their inherent timescales and the interrelation between participants’ individual differences and timescales. The aim of our study was to determine if different cardiovascular biomarkers exhibit different timescales. We focused on air traffic controller and investigated biomarkers’ ability to distinguish between conditions with different load levels connected to prior work experience and different time slots. During an interactive real-time simulation, we varied the load situations with two independent variables: the traffic volume and the occurrence of a priority-flight request. Dependent variables for registering mental workload were the heart rate and heart rate variability from two time slots. Our results show that all cardiovascular biomarkers were sensitive to workload differences with different inherent timescales. The heart rate responded sooner than the heart rate variability features from the frequency domain and it was most indicative during the time slot immediately after the priority-flight request. The heart rate variability parameters from the frequency domain responded with latency and were most indicative during the subsequent time slot. Furthermore, by consideration of biomarkers’ inherent timescales, we were able to assess a significant effect of work experience on heart rate and mid/high frequency-band ratio of the heart rate variability. Results indicated that different cardiovascular biomarkers reveal different inherent timescales.Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin http://dx.doi.org/10.13039/501100006522Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) (4229)Peer Reviewe

THE STRUCTURE OF ROAD TRAFFIC SCENES AS REVEALED BY UNSUPERVISED ANALYSIS OF THE TIME AVERAGED OPTICAL FLOW

The Lucas-Kanade tracker has proven to be an efficient and accurate method for calculation of the optical flow. However, this algorithm can reliably track only suitable image features like corners and edges. Therefore, the optical flow can only be calculated for a few points in each image, resulting in sparse optical flow fields. Accumulation of these vectors over time is a suitable method to retrieve a dense motion vector field. However, the accumulation process limits application of the proposed method to fixed camera setups. Here, a histogram based approach is favored to allow more than a single typical flow vector per pixel. The resulting vector field can be used to detect roads and prescribed driving directions which constrain object movements. The motion structure can be modeled as a graph. The nodes represent entry and exit points for road users as well as crossings, while the edges represent typical paths

Die Rolle von Cytohesinen als zytoplasmatischer EGFR-Aktivator in Adenokarzinomen der Lunge

In der Behandlung fortgeschrittener – insbesondere solider – Tumorentitäten hat sich im letzten Jahrzehnt eine entscheidende Entwicklung weg von Standard-Radio-Chemotherapie-Regimen hin zu einer personalisierten Medizin, die auf die genetischen Eigenschaften der einzelnen Tumorzelle ausgerichtet ist, abgezeichnet. Im Rahmen der aktuellen Forschung bei Bronchialkarzinomen spielen hierbei u.a. Wachstumsfaktor-rezeptoren eine bedeutende Rolle. Gemeinsam mit den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Michael Famulok, LIMES-Institut der Universität Bonn, und Dr. Roland Ullrich, Max Planck Institut an der medizinischen Fakultät der Universität Köln, konnten Cytohesine erstmalig als regulativ wirkende zytoplasmatische Aktivatoren des EGFR ermittelt werden, die die Rezeptoraktivierung durch eine direkte Wechselwirkung mit der zytoplasmatischen Domäne von dimerisierten EGF-Rezeptoren erhöhen und damit eine Konformationsneuanordnung – je nach dem jeweiligen Bedarf der einzelnen Zelle – erleichtern. Mittels immunhistochemischer Färbungen von Adenokarzinomzellen der Lunge konnten in meiner Arbeit die zuvor in vitro gewonnenen Ergebnisse bestätigt werden: Die Tumorzellen zeigten eine Überexpression von ARNO/Cytohesin-1; des Weiteren korrelierten diese erhöhten Expressionsraten mit einer gesteigerten Autophos-phorylierung des EGFR (pEGFR). Schließlich zeigte sich bei der immunhistochemischen Anfärbung mit Antikörpern, die gegen pAkt und pp42/pp44 gerichtet sind, dass die durch die Überexpression von ARNO/Cytohesin-1 vermittelte Aktivitätssteigerung des pEGFR auch über zwei der wichtigsten Signaltransduktionskaskaden fortgeleitet wird. Um zu demonstrieren, dass dabei pEGFR und ARNO/Cytohesin-1 auf denselben Zellen kolokalisiert sind, wurde zusätzlich eine Doppelimmunfluoreszenz-Färbung von Adenokarzinomzellen der Lunge, durchgeführt. Im Folgenden konnte im Mausmodel demonstriert werden, dass sich ARNO/Cytohesin-1 durch SecinH3, einen GEF-Antagonist gegen Cytohesine, inhibieren lässt. Hierzu wurde in Zellkulturen die Zelllinie PC9 expandiert, die athymischen männlichen Nacktmäusen subkutan injiziert wurde. Eine Hälfte der Mäuse wurde durch intraperitoneale Injektionen mit SecinH3 behandelt. Mittels FLT-PET-Bildgebung wurden die Tumorgrößen der therapierten und nicht-therapierten Mäuse verglichen; hier zeigte sich nach der Behandlung mit SecinH3 eine deutliche Verkleinerung der jeweiligen Tumore. Bei einer posttherapeutischen Analyse des Ki-67-Proliferationsindexes ließ sich eine reduzierte Wachstumsrate der Tumorzellen nachweisen. Schlussendlich ließ sich mittels der TUNEL-Methode zur Detektion von apoptotischen Tumorzellen ebenfalls ein Therapieansprechen auf SecinH3 demonstrieren. Unsere Ergebnisse belegen, dass Cytohesine eine neuartige Substanzklasse intrazellulärer EGFR-Aktivatoren darstellen, die bei einer Überexpression zu einer unkontrollierten Signalwirkung des EGFR führen können. In Zukunft könnten sie eine große pathophysiologische Bedeutung als neue Angriffsziele bei der Behandlung der EGFR-abhängigen Tumorzellen mit zielgerichteten Therapeutika, die nicht auf den Rezeptor selbst, sondern auf seine Aktivatoren gerichtet sind, besitzen

Diagnostic of Melanomas via Image Processing

Non-contact measuring of skin temperature is used in dermatology as diagnostic method for malignant melanomas and other skin deseases. The method helps to examine pathological processes under the skin and is useful for a decision an minimal-surgical or non-surgical therapy. In a first step of investigation it is necessary to get knowledge about the required resolution in temperature and space.Peer Reviewe

Interference Model of Two Time-Of-Flight Cameras

The last decade bore witness to increased development of time-of-flight (ToF) camera hardware, algorithms, and applications, particularly 3-D measurement in the fields of human-robot collaboration. Their advantage is in faster digital 3-D image target representation from efficient signal computations. ToF cameras emit modulated light, measuring the round-trip time from its illumination source to its sensor, deriving a distance image. A disadvantage of using multiple ToF cameras is light interference with other cameras' 3-D measurements. Commonly, adopting an access protocol called frequency division multiple access (FDMA) minimizes interference-related errors but does not eliminate them. The quantification of this distance error has remained a challenging research problem. This paper presents an interference model for two time-of-flight cameras, quantitative analysis, and mathematical modeling to determine the interference-related distance error when using FDMA

Optische Strahlung und ihre Wirkungen auf die Haut

Optische Strahlung reicht von kurzwelliger ultravioletter Strahlung über sichtbares Licht bis hin zu fernem Infrarot. Natürliche und künstliche Quellen optischer Strahlung verursachen erwünschte und unerwünschte Wirkungen an der Haut und am gesamten Menschen. Deren Art und Ausmaß sind in erster Linie von der Energie des Photons, dem Absorptionsvermögen der Chromophore, der mittleren Eindringtiefe und der Strahlungsdichte und -dosis abhängig. Gesondert für Ultraviolettstrahlung, Licht und Infrarotstrahlung wird über die Wirkmechanismen im Organismus, unerwünschte und erwünschte Effekte einschließlich therapeutischer Anwendungen berichtet.Optical radiation ranges from short wave ultraviolet via visible light to the far infra-red. Both natural and artificial light sources may cause desired and undesired effects, both on the skin and on the organism as a whole. The nature and extent of such effects depend primarily on the energy of the photons, the absorption capacity of the chromophores, the mean depth of penetration, and on the density and dose of the radiation. The present paper discusses the mechanisms of action and desired and undesired effects in the organism, including therapeutic applications, separately for ultraviolet radiation, visible light and infrared radiation.Peer Reviewe

Optical Synchronization of Multiple Time-of-Flight Cameras Implementing TDMA

Time-of-Flight (ToF) cameras are a promising alternative to current 3-D imaging systems. A setup of multiple ToF cameras is used to overcome their comparatively lower resolution, increase the field of view, and to reduce occlusion. However, the simultaneous operation introduces the possibility of interference resulting in erroneous depth measurements. One option to mitigate interference is the consecutive arrangement of multiple cameras in time slots, such that each camera illuminates the scene exclusively, a procedure known as time division multiple access (TDMA). Instead of requiring a master synchronizing device, an approach is presented requiring no additional hardware or infrastructure to utilize TDMA by adding a synchronization software procedure to the camera's firmware. It effectively enables a camera to sense the acquisition process of other cameras and rapidly synchronize its acquisition times to operate without interference. During the experimental verification with three ToF cameras no interference occurred. The cameras each acquired 29 depth images per second while synchronizing themselves every 10 s. The proposed synchronization procedure implements an interference-free TDMA operation and overcomes traditional hard-wired synchronization setups, offering an easy setup and a methodology to upgrade existing systems without hardware modifications