Salivary Aldosterone, Central and Peripheral Mineralocorticoid Receptor Function and Their Impact on the Course of Depression

Background: Aldosterone and mineralocorticoid receptor (MR) function appear to play a role in depression. Central and peripheral biomarker parameters of MR function at baseline, their early (change within two weeks) and late (change within six weeks) plasticity were examined with regard to their relationship to clinical treatment outcome after six weeks in patients with acute major depression. Methods: Twenty-four patients with major depression were examined three times during six weeks. Aldosterone and cortisol salvia samples were taken at 7:00 am before patients got out of bed. Easy to use e-devices were used to measure markers of central MR function, i.e. slow wave sleep (SWS) and heart rate variability (HRV). A newly developed scale determined salt taste intensity (STI) and salt pleasantness (SP) of a 0.9% salt solution. In addition, systolic blood pressure (SBP) and plasma electrolytes (Mg2+, Na+, K+) were determined as markers of peripheral MR activity. The relationship between the levels of these biomarkers at baseline, their early and late plasticity and the relative change in clinical outcome parameters (Hamilton Depression Rating Scale with 6 and 21 items, QIDS-SR-16 and BDI) after six weeks of treatment was investigated. Results: By trend a higher baseline aldosterone to cortisol ratio (aldo/cort) (p < 0.1) and lower baseline SBP (p < 0.05) predicted poor outcome, independent of gender. Only in male patients lower baseline SP, lower SWS and higher HRV predicted beneficial outcome (p < 0.05). Likewise, in male patients low baseline Na+ appeared to be by trend predictive for a poor outcome (p = 0.050). Independent of gender an early cortisol reduction (p < 0.05) did predict clinical improvement, whereas by trend an early SWS increase was associated with better outcome (p < 0.1). Only in female patients an early Na+/K+ ratio increase appeared to be related to a better outcome (p < 0.05). By trend only in male patients a late HRV reduction was associated with beneficial outcome (p < 0.1). Conclusion: Correlates of higher baseline central MR activation were associated with poorer clinical improvement, particularly in men. This contrasted with a lower sensitivity of peripheral MR function at baseline in more refractory patients. As one potential mechanism to consider, Na+ loss on the basis of dysfunctional peripheral MR function and additional environmental factors may trigger increased aldosterone secretion and consequently lead to a less favorable outcome. Results for the parameter plasticity were heterogeneous. In the course of depression markers of increasing central as well as peripheral MR activation were found to be related to a favorable outcome. These makers were: decreasing cortisol (independent of aldosterone), increasing SWS, decreasing HRV and increasing Na+ plasma concentrations. Of note gender differences may exist in terms of MR function. This study showcases the usefulness of biological markers, which can be obtained at bedside, to achieve individualized medicine in therapy refractory depression

Electronic structure of multiquantum giant vortex states in mesoscopic superconducting disks

We report self-consistent calculations of the microscopic electronic structure of the so-called giant vortex states. These novel multiquantum vortex states, detected by recent magnetization measurements on submicron disks, are qualitatively different from the Abrikosov vortices in the bulk. We find that, in addition to multiple branches of bound states in the core region, the local tunneling density of states exhibits Tomasch oscillations due to the single-particle interference arising from quantum confinement. These features should be directly observable by scanning tunneling spectroscopy.Comment: 5 pages, 4 figure

Penetrierende Verletzungen des Halses: Charakterisierung eines südafrikanischen Patientenkollektivs, Einflussfaktoren auf Diagnostik, Therapie, Komplikationsrate und Mortalität

Hintergrund: Seit Beginn des 20. Jahrhunderts wurde in zahlreichen Publikationen diskutiert, welche Faktoren für die Therapie penetrierender Halsverletzungen entscheidend sind. Neben der Behandlungsstrategie selbst lagen dabei die Unterschiede zwischen Schussverletzungen und Verletzungen durch scharfe Gewalt, die anatomische Einteilung des Halses und die Diagnostik mittels körperlicher Untersuchung, computertomographischer Angiographie (CTA) und Ösophagographie im Fokus vieler Studien. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Beitrag zur Verbesserung der Versorgungsstrategien von penetrierenden Halsverletzungen zu leisten. Dafür wurde ein südafrikanisches Patientenkollektiv hinsichtlich der Epidemiologie, des Verletzungsmechanismus und der -lokalisation, der Vitalparameter, der Diagnostik, der Therapie sowie der Komplikationen und der Mortalität charakterisiert. In einem zweiten Schritt wurde der Einfluss des Verletzungsmechanismus und der Lokalisation der Wunde auf die Patientenversorgung untersucht. Ein weiteres Ziel der Studie ist die Analyse der Aussagekraft der körperlichen Untersuchung, der CTA und der Ösophagographie. Methoden: In die retrospektive Studie wurden Patienten mit einer penetrierenden Verletzung des Halses eingeschlossen, die zwischen März 2010 und August 2011 in das Chris Hani Baragwanath Hospital in Johannesburg, Südafrika aufgenommen wurden. Die Versorgung erfolgte nach dem Prinzip des Selektiven nicht-operativen Managements (SNOM). Gemäß des Algorithmus der Klinik wurde auf der Basis der vorliegenden Symptome und der Ergebnisse apparativer Untersuchungen über die Therapie entschieden. Dabei wurden nicht alle Patienten mit vaskulären ‚hard signs’ (fehlende periphere Pulse, Seitendifferenz der Pulse, ‚thrill’, ‚bruit’, expandierendes oder pulsierendes Hämatom) oder aerodigestiven ‚hard signs’ (Emphysem, Dysphagie, Hämatemesis, blasende Wunde, Hämoptysis, Heiserkeit) operiert. Ergebnisse: Von den 303 Patienten wurden 265 durch scharfe Gewalt, 30 durch Schusswaffen und 8 durch einen anderen Mechanismus verletzt. 90,8% der Patienten hatten eine singuläre Verletzung und 9,2% der Patienten hatten multiple Wunden. Bei 31 Patienten waren ‚hard signs’ für eine vaskuläre Verletzung vorhanden und bei 49 Patienten ‚hard signs’ für eine aerodigestive Verletzung. Bei 163 Patienten wurde eine CTA und bei 56 Verletzten eine Ösophagographie durchgeführt. 169 (55,8%) Patienten wurden konservativ und 134 (44,2%) Patienten operativ therapiert. Die Komplikationsrate lag bei 9,9%, die intrahospitale Mortalität bei 2,3%. Nach Verletzungen durch scharfe Gewalt wurde signifikant seltener eine CTA durchgeführt (p=0,012), außerdem unterschied sich die Erstversorgung in der Notaufnahme: die Wunde wurde häufiger in der Notaufnahme genäht (p=0,005) und eine Intubation (p=0,005) und eine Immobilisation der Halswirbelsäule (p=0,000) wurden seltener durchgeführt als nach Schussverletzungen. Die Komplikationsrate war nach scharfer Gewalt niedriger (p=0,009). Verletzungen des hinteren Halsdreieckes wurden häufiger konservativ therapiert (p=0,039). Gefäßläsionen waren bei Verletzungen der Zone II wahrscheinlicher als in anderen Arealen (p=0,013). Die Sensitivität der vaskulären ‚hard signs’ lag bei 24,1%, die Spezifität bei 92,8%. Die Sensitivität der aerodigestiven ‚hard signs’ berechnete sich mit 42,3%, die Spezifität mit 86,3%. Die CTA erreichte eine Sensitivität von 63,6% und eine Spezifität von 91,2%. Die Sensitivität der Ösophagographie betrug 42,9%, die Spezifität 95,3%. Schlussfolgerung: Die Entscheidung für die operative oder konservative Therapie sollte auf der körperlichen Untersuchung und der zusätzlichen Bildgebung basieren. ‚Hard signs’ stellen keine obligate Operationsindikation dar, sondern eine konservative Therapie ist möglich, wenn die Ergebnisse der Bildgebung dieses Vorgehen rechtfertigen. Aufgrund der größeren Destruktionskraft und demzufolge der höheren Komplikationsrate unterscheidet sich die Erstversorgung von Schussverletzungen von der nach scharfer Gewalt. Die Bedeutung der Lokalisation der Wunde für die Diagnostik und für die definitive Therapie ist insgesamt gering. Aufgrund der hohen Spezifität der ‚hard signs’ und der bildgebenden Untersuchungen CTA und Ösophagographie kann bei einem pathologischen Befund jeweils von einer entsprechenden viszeralen Verletzung ausgegangen werden. Wegen der niedrigen Sensitivität der ‚hard signs’, der CTA und der Ösophagographie wird von einer Empfehlung für das weitere diagnostische und therapeutische Vorgehen auf Grundlage der Sensitivität abgesehen

Penetrierende Verletzungen des Halses: Charakterisierung eines südafrikanischen Patientenkollektivs, Einflussfaktoren auf Diagnostik, Therapie, Komplikationsrate und Mortalität

Hintergrund: Seit Beginn des 20. Jahrhunderts wurde in zahlreichen Publikationen diskutiert, welche Faktoren für die Therapie penetrierender Halsverletzungen entscheidend sind. Neben der Behandlungsstrategie selbst lagen dabei die Unterschiede zwischen Schussverletzungen und Verletzungen durch scharfe Gewalt, die anatomische Einteilung des Halses und die Diagnostik mittels körperlicher Untersuchung, computertomographischer Angiographie (CTA) und Ösophagographie im Fokus vieler Studien. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Beitrag zur Verbesserung der Versorgungsstrategien von penetrierenden Halsverletzungen zu leisten. Dafür wurde ein südafrikanisches Patientenkollektiv hinsichtlich der Epidemiologie, des Verletzungsmechanismus und der -lokalisation, der Vitalparameter, der Diagnostik, der Therapie sowie der Komplikationen und der Mortalität charakterisiert. In einem zweiten Schritt wurde der Einfluss des Verletzungsmechanismus und der Lokalisation der Wunde auf die Patientenversorgung untersucht. Ein weiteres Ziel der Studie ist die Analyse der Aussagekraft der körperlichen Untersuchung, der CTA und der Ösophagographie. Methoden: In die retrospektive Studie wurden Patienten mit einer penetrierenden Verletzung des Halses eingeschlossen, die zwischen März 2010 und August 2011 in das Chris Hani Baragwanath Hospital in Johannesburg, Südafrika aufgenommen wurden. Die Versorgung erfolgte nach dem Prinzip des Selektiven nicht-operativen Managements (SNOM). Gemäß des Algorithmus der Klinik wurde auf der Basis der vorliegenden Symptome und der Ergebnisse apparativer Untersuchungen über die Therapie entschieden. Dabei wurden nicht alle Patienten mit vaskulären ‚hard signs’ (fehlende periphere Pulse, Seitendifferenz der Pulse, ‚thrill’, ‚bruit’, expandierendes oder pulsierendes Hämatom) oder aerodigestiven ‚hard signs’ (Emphysem, Dysphagie, Hämatemesis, blasende Wunde, Hämoptysis, Heiserkeit) operiert. Ergebnisse: Von den 303 Patienten wurden 265 durch scharfe Gewalt, 30 durch Schusswaffen und 8 durch einen anderen Mechanismus verletzt. 90,8% der Patienten hatten eine singuläre Verletzung und 9,2% der Patienten hatten multiple Wunden. Bei 31 Patienten waren ‚hard signs’ für eine vaskuläre Verletzung vorhanden und bei 49 Patienten ‚hard signs’ für eine aerodigestive Verletzung. Bei 163 Patienten wurde eine CTA und bei 56 Verletzten eine Ösophagographie durchgeführt. 169 (55,8%) Patienten wurden konservativ und 134 (44,2%) Patienten operativ therapiert. Die Komplikationsrate lag bei 9,9%, die intrahospitale Mortalität bei 2,3%. Nach Verletzungen durch scharfe Gewalt wurde signifikant seltener eine CTA durchgeführt (p=0,012), außerdem unterschied sich die Erstversorgung in der Notaufnahme: die Wunde wurde häufiger in der Notaufnahme genäht (p=0,005) und eine Intubation (p=0,005) und eine Immobilisation der Halswirbelsäule (p=0,000) wurden seltener durchgeführt als nach Schussverletzungen. Die Komplikationsrate war nach scharfer Gewalt niedriger (p=0,009). Verletzungen des hinteren Halsdreieckes wurden häufiger konservativ therapiert (p=0,039). Gefäßläsionen waren bei Verletzungen der Zone II wahrscheinlicher als in anderen Arealen (p=0,013). Die Sensitivität der vaskulären ‚hard signs’ lag bei 24,1%, die Spezifität bei 92,8%. Die Sensitivität der aerodigestiven ‚hard signs’ berechnete sich mit 42,3%, die Spezifität mit 86,3%. Die CTA erreichte eine Sensitivität von 63,6% und eine Spezifität von 91,2%. Die Sensitivität der Ösophagographie betrug 42,9%, die Spezifität 95,3%. Schlussfolgerung: Die Entscheidung für die operative oder konservative Therapie sollte auf der körperlichen Untersuchung und der zusätzlichen Bildgebung basieren. ‚Hard signs’ stellen keine obligate Operationsindikation dar, sondern eine konservative Therapie ist möglich, wenn die Ergebnisse der Bildgebung dieses Vorgehen rechtfertigen. Aufgrund der größeren Destruktionskraft und demzufolge der höheren Komplikationsrate unterscheidet sich die Erstversorgung von Schussverletzungen von der nach scharfer Gewalt. Die Bedeutung der Lokalisation der Wunde für die Diagnostik und für die definitive Therapie ist insgesamt gering. Aufgrund der hohen Spezifität der ‚hard signs’ und der bildgebenden Untersuchungen CTA und Ösophagographie kann bei einem pathologischen Befund jeweils von einer entsprechenden viszeralen Verletzung ausgegangen werden. Wegen der niedrigen Sensitivität der ‚hard signs’, der CTA und der Ösophagographie wird von einer Empfehlung für das weitere diagnostische und therapeutische Vorgehen auf Grundlage der Sensitivität abgesehen

Kombinierte analytisch-numerische Berechnung der Magnetgeräusche elektrischer Maschinen

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Methods in wave propagation and scattering

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 2001.Vita.Includes bibliographical references (p. 195-213).This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.Aspects of wave propagation and scattering with an emphasis on specific applications in engineering and physics are examined. Frequency-domain methods prevail. Both forward and inverse problems are considered. Typical applications of the method of moments to rough surface three-dimensional (3-D) electromagnetic scattering require a truncation of the surface considered and call for a tapered incident wave. It is shown how such wave can be constructed as a superposition of plane waves, avoiding problems near both normal and grazing incidence and providing clean footprints and clear polarization at all angles of incidence. The proposed special choice of polarization vectors removes an irregularity at the origin of the wavenumber space and leads to a wave that is optimal in a least squared error sense. Issues in the application to 3-D scattering from an object over a rough surface are discussed. Approximate 3-D scalar and vector tapered waves are derived which can be evaluated without resorting to any numerical integrations. Important limitations to the accuracy and applicability of these approximations are pointed out. An analytical solution is presented for the electromagnetic induction problem of magnetic diffusion into and scattering from a permeable, highly but not perfectly conducting prolate spheroid under axial excitation, expressed in terms of an infinite matrix equation. The spheroid is assumed to be embedded in a homogeneous non-conducting medium as appropriate for low-frequency, high-contrast scattering governed by magnetoquasistatics. The solution is based on separation of variables and matching boundary conditions where the prolate spheroidal wavefunctions with complex wavenumber parameter are expanded in terms of spherical harmonics. For small skin depths, an approximate solution is constructed, which avoids any reference to the spheroidal wavefunctions. The problem of long spheroids and long circular cylinders is solved by using an infinite cylinder approximation. In some cases, our ability to evaluate the spheroidal wavefunctions breaks down at intermediate frequencies. To deal with this, a general broadband rational function approximation technique is developed and demonstrated. We treat special cases and provide numerical reference data for the induced magnetic dipole moment or, equivalently, the magnetic polarizability factor. The magnetoquasistatic response of a distribution of an arbitrary number of interacting small conducting and permeable objects is also investigated. Useful formulations are provided for expressing the magnetic dipole moment of conducting and permeable objects of general shape. An alternative to Tikhonov regularization for deblurring and inverse diffraction, based on a local extrapolation scheme, is described, analyzed, and illustrated numerically for the cases of continuation of fields obeying Laplace and Helmholtz equations. At the outset of the development, a special deconvolution problem, where a parameter describes the degree of additive blurring, is considered. No a priori knowledge on the unblurred data is assumed. A standard solution based on an output least squares formulation includes a regularization parameter into a linear, shift-invariant filter. The proposed alternative approach takes advantage of the analyticity of the smoothing process with respect to the blurring parameter. Here a simple local extrapolation scheme is employed. The problem is encountered in applications involving potential theories dealing with magnetostatics, electrostatics, and gravity data. As a generalization to the dynamic case, inverse diffraction of scalar waves is considered. Examples are presented and the two methods compared numerically. The problem of inferring unknown geometry and material parameters of a waveguide model from noisy samples of the associated modal dispersion curves is considered. In a significant reduction of the complexity of a common inversion methodology, the inner of two nested iterations is eliminated: The approach described does not employ explicit fitting of the data to computed dispersion curves. Instead, the unknown parameters are adjusted to minimize a cost function derived directly from the determinant of the boundary condition system matrix. This results in a very efficient inversion scheme that, in the case of noise-free data, yields exact results. Multi-mode data can be simultaneously processed without extra complications. Furthermore, the inversion scheme can accommodate an arbitrary number of unknown parameters, provided that the data have sufficient sensitivity to these parameters. As an important application, the sonic guidance condition for a fluid-filled borehole in an elastic, homogeneous, and isotropic rock formation is considered for numerical forward and inverse dispersion analysis. The parametric inversion with uncertain model parameters and the influence of bandwidth and noise are investigated numerically. The cases of multi-frequency and multi-mode data are examined. Finally, the borehole leaky-wave modes are classified according to the location of the roots of the characteristic equation on a multi-sheeted Riemann surface. A comprehensive set of dipole leaky-wave modal dispersions is computed. In an independent numerical experiment the excitation of some of these modes is demonstrated. The utilization of leaky-wave dispersion data for inversion is discussed.by Henning Braunisch.Ph.D

Improving longitudinal habitat connectivity in major river restoration projects through farmland re-allocation

River restoration projects are often accompanied by major land consolidation operations, notably the re-allocation of adjacent farmland, which offers the opportunity to create an extensively-managed buffer zone outside the levees where specific habitat features are installed for endangered terrestrial and semi-aquatic biodiversity. Modern, enrivonmentally-friendly land consolidation operations might thus not only contribute to better integrate the newly restored river into the adjacent landscape, but also to reinstate the longitudinal ecological connectivity that crudely lacks along channelized rivers. Based on a theoretical re-allocation of agricultural land via land consolidation, we simulated the creation of a longitudinal biodiversity-friendly grassland buffer along a stretch of the Rhone River (SW Switzerland) where a major revitalisation project is under development. We selected a series of focal species depending on a palette of complementary habitat features, and combinations thereof, to be created for reaching these biodiversity targets. Estimations of species-specific habitat patch size requirements as well as dispersal abilities were used to analyse what would be an optimal spatial connectivity for these habitat features. Since such a buffer zone will necessarily stretch along the riverbed, which implies different spatial contraints and consequential planning strategies, we tested two scenarios via a metapopulation model: (i) arranging key habitat features longitudinally or (ii) positioning them in an isotropic context. Simulations showed that differences in metapopulation connectivity between scenarios were negligible at the foreseen scale. We conclude that land consolidation via targeted farmland re-allocation could be instrumental to restoring ecological connectivity in major river revitalisation projects. We also provide concrete quantitative values for restoring an optimal ecological buffer along the Rhˆone that will promote locally endangered biodiversity

The Quality of Big Data: Development, Problems, and Possibilities of Use of Process-Generated Data in the Digital Age

The paper introduces the HSR Forum on digital data by discussing what big data are. The authors show that big data are not a new type of social science data but actually one of the oldest forms of social science data. In addition, big data are not necessarily digital data. Regardless, current methodological debates often assume that “big data” are “digital data.” The authors thus also show that digital data have a big drawback concerning data quality because they do not cover the whole population – due to so-called digital divides, not everybody is on the internet, and who is on the internet, is socially structured. The result is a selection bias. Based on this analysis, the paper concludes that big data and digital data are data like any other type of data – they have both advantages and specific blind spots. So rather than glorifying or demonising them, it seems much more sensible to discuss which specific advantages and drawbacks they have as well as when and how they are better suited for answering specific research questions and when and how other types of data are better suited – these are the questions that are addressed in this HSR Forum

Present in the western European Alps but absent in the eastern part: Can habitat availability explain the differences in red-billed chough occurrence?

The absence of a species in apparently suitable regions is often attributed to habitat deterioration, which, according to the IUCN-guidelines, would preclude reintroduction unless the habitat is sufficiently restored. The crux is therefore to determine species’ key habitat requisites and to localize potentially restorable sites based on the habitat selection of thriving populations in similar environments. The distribution of the red-billed chough Pyrrhocorax pyrrhocorax in the Alpine arch is currently restricted to its western side. The eastern Alps have only been occupied sporadically during past centuries, which triggered a discussion around reintroduction. The fact that the last confirmed pairs bred at middle elevation, in derelict buildings instead of alpine cliffs, suggested a lack of habitat suitability in the uplands. To test this hypothesis, we modelled seasonal foraging habitat (during winter, breeding and dispersal) and nest site-selection in the western Swiss Alps using long-term observation data together with a wide palette of environmental predictors. The models were extrapolated to eastern Switzerland to estimate the quality and extent of the available habitat. Both foraging and nesting habitats were predicted with a high level of accuracy (AUC > 0.8). Despite variation between seasons, south-exposed dry meadows and extensively grazed pastures were always preferred as foraging habitat, while forested and snow-covered areas were avoided. Availability of, and distance to suitable foraging habitats were the main determinants of nest-site selection, probably reflecting strong energetic constraints during reproduction. However, the extrapolation to eastern Switzerland revealed an even higher overall amount and relative percentage of all habitat types. One explanation could be that our predictors were too coarse to encapsulate qualitative, structural or compositional differences of the grasslands. However, the results could also point to an alternative hypothesis, namely that post-glacial recolonization patterns, in particular the absence of nearby source populations, precluded the occupation of the eastern Alps

Open forest successional stages and landscape heterogeneity promote wild bee diversity in temperate forests

Recent studies have emphasized forests as crucial habitat for wild bees. In Europe, most forests are managed following the principles of close-to-nature silviculture, which combine timber production and nature conservation. How- ever, open late and early successional stages within these forests are largely missing, which could be important for wild bees. This highlights that close-to- nature silviculture alone might not be sufficient to conserve bees within tem- perate forests. Open structures such as canopy gaps and road verges in forests could improve habitat for bees. To provide management recommendations for wild bee conservation in temperate forests, we analyzed how components of bee beta diversity varied between forest management types and tested how open structures, namely clear-cuts, canopy gaps, and forest road verges influ- enced bee abundance, richness, and diversity. In addition, we analyzed the abundance and percent of red-listed bee species at different scales. Bees were sampled using 90 pan traps on 45 (1 ha) plots in 2019 and 2020 in the Black Forest, Germany. Plots were selected in 15 triplets each consisting of three management types related to different successional stages: unmanaged, close- to-nature, and small clear-cut. Beta diversity was not consistently nested highlighting the importance of different management and successional stages within the landscape to support bees in forests. Abundance, species richness, and Shannon diversity of bees were highest on clear-cuts, compared to unmanaged- and close-to-nature plots. At landscape scale, wild bee abundance increased with canopy openness while wild bee diversity increased with land- scape heterogeneity. Abundance- and percent of red-listed bee species increased with the length of forest road verges. We advocate creating habitats at local scales which offer flowering and nesting resources by providing canopy gaps. At landscape scale, heterogeneity created through different forest succes- sional stages is needed to conserve the entire community of wild bees