Psychologische Prädiktoren der Brain-Computer Interface Steuerung

Theorie: Brain-Computer Interfaces (BCIs) stellen eine direkte Verbindung zwischen dem Gehirn und einem Computer dar. Mit Hilfe von BCIs ist es daher möglich, die elektrischen Signale des Gehirns in Steuersignale umzuwandeln, um damit ein Anwendungsprogramm (z.B. Kommunikationsprogramm oder Navigation eines Rollstuhls) zu steuern. Für schwerbeeinträchtigte Personen, z.B. im sog. Locked-in Zustand, stellt ein BCI eine der letzten Möglichkeiten dar, mit der Umwelt in Kontakt zu treten. Jedoch ist es einer bedeutenden Anzahl von BCI Anwendern (Gesunden wie Kranken) nicht möglich, eine hinreichend hohe Trefferquote bei der BCI Steuerung zu erzielen. Die Überwindung dieses sog. „BCI Ineffizienz Phänomens“ stellt auch nach über 40 Jahren BCI Forschung immer noch eine große Herausforderung dar. Das Ziel der dieser Zusammenfassung zugrundeliegenden Forschungsarbeiten war es, psychologische Variablen zu identifizieren, die als Prädiktoren die Leistung in einem BCI vorhersagen können. Methode: Für alle drei Forschungsarbeiten wurden gesunde Studienteilnehmer, überwiegend Studenten mit keinerlei Vorerfahrung in der BCI Steuerung, rekrutiert. Die psychologischen Tests wurden drei Untergruppen (Leistungstests, Persönlichkeitstests und klinische Tests) zugeteilt und alle in elektronischer Form präsentiert und bearbeitet. In den ersten beiden Studien wurden BCIs eingesetzt, die sensomotorische Rhythmen als Steuerungssignale nutzen. In der dritten Studie wurde ein BCI, das auf dem ereigniskorrelierten Potential P300 basiert, eingesetzt. Die Prädiktoranalyse erfolgte mit Hilfe linearer Regressionsanalysen. Ergebnisse: In der ersten Studie wurde das Berliner Brain-Computer Interface (BBCI) eingesetzt, das auf den Techniken des maschinellen Lernens basiert. Die visuomotorische Koordinationsfähigkeit (Variable „mittlere Fehlerdauer gesamt“, gemessen mit dem Zwei-Hand-Test) wurde mit 11,4% Varianzaufklärung als signifikanter Prädiktor identifiziert. Die Variable „Leistungsniveau“ (Maß für Konzentrationsfähigkeit) aus dem Test Arbeitshaltungen zeigte ebenfalls eine signifikante Korrelation mit der Leistung im BCI, verfehlte das Signifikanzniveau im Regressionsmodell jedoch knapp. Ziel der zweiten Studie war es, die Ergebnisse der ersten zu replizieren und auf Basis des ersten Regressionsmodells, die BCI Leistungen in der zweiten Studie, in der ein klassisches Neurofeedback SMR-BCI eingesetzt wurde, vorherzusagen. Die Variablen visuomotorische Koordinationsfähigkeit und „aufmerksamkeitsbasierte Impulsivität“ klärten hierbei fast 20% der Gesamtvarianz auf. Auf Basis des ersten Regressionsmodells war es möglich, die BCI Leistung mit einem durchschnittlichen Vorhersagefehler von M = 12.07% vorherzusagen. In der dritten Studie korrelierte der Persönlichkeitsfaktor „Emotionale Stabilität“ negativ und eine Leistungsvariable des Nonverbalen Lerntests, die die Lernfähigkeit eines Probanden erfasst, positiv mit der Trefferquote im visuellen P300-BCI. Beide Variablen klärten 24% an der Gesamtvarianz auf, wobei die Lernvariable mit 19% Varianzaufklärung als signifikanter Prädiktor identifiziert wurde. Die Variable „Emotionale Stabilität“ korrelierte ebenfalls negativ mit der Trefferquote im auditorischen P300-BCI, wurde jedoch nicht als signifikanter Prädiktor identifiziert. Schlussfolgerung: Die drei Forschungsarbeiten bestätigen einen moderaten Einfluss psychologischer Variablen auf die BCI Steuerung in unterschiedlichen BCI Paradigmen. Die Ergebnisse zeigen große Überschneidungen mit anderen Studienergebnissen. Basierend auf diesen Ergebnissen können weitere Studien entwickelt werden, mit dem Ziel, bestehende BCI Systeme zu adaptieren und Trainingsprogramme (z.B. für das Training visuomotorischer Koordinationsfähigkeit) für BCI Anwender zu entwickeln

Neue polynäre Phosphate des zweiwertigen Chroms und eine neue Modifikation von Chrom(ii)-Orthophosphat : Synthesen, Kristallstrukturen und spektroskopische Untersuchungen

Bei Experimenten zur Synthese von dunkelblauem Chrom(II)-orthophosphat durch Reduktion von CrPO4 mit Cr bei 1200°C unter Zusatz von Iod als Mineralisator konnten türkisfarbene Kristalle einer zweiten Modifikation erhalten werden. Die Einkristallstrukturverfeinerungen von ß-Cr3(PO4)2 in der Raumgruppe P21/n belegen eine enge strukturelle Verwandtschaft zum Farringtonit Mg3(PO4)2. Eine Ableitung vom CrVO4-Strukturtyp ist ebenfalls möglich. Auf dem „quasi-binären“ Schnitt Sr3(PO4)2-Cr3(PO4)2 konnte die Koexistenz der vier Verbindungen SrCr2(PO4)2, Sr3Cr3(PO4)4, Sr2Cr(PO4)2 und Sr9+xCr1,5-x(PO4)7 belegt werden. Die phasenreine Darstellung der jeweiligen Substanzen gelang durch Reduktion eines Reaktionsgemenges aus äquivalenten Mengen an CrPO4 und Sr3(PO4)2 mit elementarem Chrom. Unter Zusatz von „CrI2“ als Mineralisator konnten Kristalle ausreichender Qualität für Einkristallstrukturanalysen erhalten werden. Es konnte nur eine Verbindung mit zwei Modifikationen auf dem quasi-binären Schnitt Ba3(PO4)2-Cr3(PO4)2 synthetisiert und charakterisiert werden. Die Züchtung von Kristallen gelang bei der ersten Modifikation unter Mineralisatorzusatz („CrI2“), bei der zweiten Modifikation über eine Schmelzkristallisation. Die Struktur der α-Phase ist isotyp zu einer analogen Kupferverbindung und ist auf Grund einer einzigen, quadratisch planar von Sauerstoffatomen umgebenen Lage um Cr2+ für spektrokopische Untersuchungen besonders interessant. Schon die rosa Farbe von α-Ba2Cr(PO4)2 weist auf den eher ungewöhnlichen Bindungszustand um die Chrom(II)-ionen hin. Für die Verbindung α-Ba2Cr(PO4) konnte über polarisierte UV/vis-Einkristallspektren analog zum α-CaCrSi4O10 der Übergang B1g→Eg (18920 cm-1) eindeutig zugeordnet werden. Beiden Verbindungen sind aus quadratisch-planar koordinierten die Cr2+-Ionen aufgebaut, die entlang einer Raumrichtung ausgeordnet sind. Damit sind auch die verbleibenden Banden den Übergängen B1g→A1g (21000 cm-1) und B1g→B2g (14070 cm-1) zuzuordnen. Diese Ergebnisse sind aus verschiedenen Gründen von großer Bedeutung. Zum einen werden die gefundenen AOM-Parameter für Bindungen mit d(Cr-O) = 2,00 Å bestätigt und können auf andere Chrom(II)-oxoverbindungen unter Berücksichtigung der d-5-Proportionalität systematisch übertragen werden, was fürβ-Cr3(PO4)2und die polynären Strontiumphosphate dieser Arbeit erfolgreich durchgeführt wurde. Zum anderen wird die Anhebung des d(z2)-Orbitals durch ds-Mixing bestätigt und kann bei Abwesenheit von axialen Liganden quantitativ mit einem Wert von ca. 1975 cm-1 belegt werden. Außerdem werden die Bandenzuordnungen verschiedener Autoren für die quadratisch-planaren Verbindungen MBSi4O10, z.B. BaFeSi4O10 (Gillespit) und CaCuSi4O10 („Ägyptisch Blau“) erneut bestätigt

Improvement of the Performance of Graphite Felt Electrodes for Vanadium-Redox-Flow-Batteries by Plasma Treatment

In the frame of the present contribution oxidizing plasma pretreatment is used for the improvement of the electrocatalytic activity of graphite felt electrodes for Vanadium-Redox-Flow-Batteries (VRB). The influence of the working gas media on the catalytic activity and the surface morphology is demonstrated. The electrocatalytical properties of the graphite felt electrodes were examined by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The obtained results show that a significant improvement of the redox reaction kinetics can be achieved for all plasma modified samples using different working gasses (Ar, N2 and compressed air) in an oxidizing environment. Nitrogen plasma treatment leads to the highest catalytical activities at the same operational conditions. Through a variation of the nitrogen plasma treatment duration a maximum performance at about 14 min cm-2 was observed, which is also represented by a minimum of 90 Ω in the charge transfer resistance obtained by EIS measurements. The morphology changes of the graphitized surface were followed using SEM

Prone equals prone? Impact of positioning techniques on respiratory function in anesthetized and paralyzed healthy children

Objectives: Although the prone position is effectively used to improve oxygenation, its impact on functional residual capacity is controversial. Different techniques of body positioning might be an important confounding factor. The aim of this study was to determine the impact of two different prone positioning techniques on functional residual capacity and ventilation distribution in anesthetized, preschool-aged children. Design: Functional residual capacity and lung clearance index, ameasure of ventilation homogeneity, were calculated using asulfur-hexafluoride multibreath washout technique. After intubation, measurements were taken in the supine position and, in random order, in the flat prone position and the augmented prone position (gel pads supporting the pelvis and the upper thorax). Setting: Pediatric anesthesia unit of university hospital. Patients and participants: Thirty preschool children without cardiopulmonary disease undergoing elective surgery. Measurements and results: Mean (range) age was 48.5 (24-80) months, weight 17.2 (10.5-26.9) kg, functional residual capacity (mean ± SD) 22.9 ± 6.2 ml.kg−1 in the supine position and 23.3 ± 5.6 ml.kg−1 in the flat prone position, while lung clearance indices were 8.1 ± 2.3 vs. 7.9 ± 2.3, respectively. In contrast, functional residual capacity increased to 27.6 ± 6.5 ml.kg−1 (p< 0.001) in the augmented prone position while at the same time the lung clearance index decreased to 6.7 ± 0.9 (p< 0.001). Conclusions: Functional residual capacity and ventilation distribution were similar in the supine and flat prone positions, while these parameters improved significantly in the augmented prone position, suggesting that the technique of prone positioning has major implications for pulmonary functio

Proprioceptive Feedback and Brain Computer Interface (BCI) Based Neuroprostheses

Brain computer interface (BCI) technology has been proposed for motor neurorehabilitation, motor replacement and assistive technologies. It is an open question whether proprioceptive feedback affects the regulation of brain oscillations and therefore BCI control. We developed a BCI coupled on-line with a robotic hand exoskeleton for flexing and extending the fingers. 24 healthy participants performed five different tasks of closing and opening the hand: (1) motor imagery of the hand movement without any overt movement and without feedback, (2) motor imagery with movement as online feedback (participants see and feel their hand, with the exoskeleton moving according to their brain signals, (3) passive (the orthosis passively opens and closes the hand without imagery) and (4) active (overt) movement of the hand and rest. Performance was defined as the difference in power of the sensorimotor rhythm during motor task and rest and calculated offline for different tasks. Participants were divided in three groups depending on the feedback receiving during task 2 (the other tasks were the same for all participants). Group 1 (n = 9) received contingent positive feedback (participants' sensorimotor rhythm (SMR) desynchronization was directly linked to hand orthosis movements), group 2 (n = 8) contingent “negative” feedback (participants' sensorimotor rhythm synchronization was directly linked to hand orthosis movements) and group 3 (n = 7) sham feedback (no link between brain oscillations and orthosis movements). We observed that proprioceptive feedback (feeling and seeing hand movements) improved BCI performance significantly. Furthermore, in the contingent positive group only a significant motor learning effect was observed enhancing SMR desynchronization during motor imagery without feedback in time. Furthermore, we observed a significantly stronger SMR desynchronization in the contingent positive group compared to the other groups during active and passive movements. To summarize, we demonstrated that the use of contingent positive proprioceptive feedback BCI enhanced SMR desynchronization during motor tasks

Evaluation of the SH-SY5Y cell line as an in vitro model for potency testing of a neuropeptide-expressing AAV vector

Viral vectors have become important tools for basic research and clinical gene therapy over the past years. However, in vitro testing of vector-derived transgene function can be challenging when specific post-translational modifications are needed for biological activity. Similarly, neuropeptide precursors need to be processed to yield mature neuropeptides. SH-SY5Y is a human neuroblastoma cell line commonly used due to its ability to differentiate into specific neuronal subtypes. In this study, we evaluate the suitability of SH-SY5Y cells in a potency assay for neuropeptide-expressing adeno-associated virus (AAV) vectors. We looked at the impact of neuronal differentiation and compared single-stranded (ss) AAV and self-complementary (sc) AAV transduction at increasing MOIs, RNA transcription kinetics, as well as protein expression and mature neuropeptide production. SH-SY5Y cells proved highly transducible with AAV1 already at low MOIs in the undifferentiated state and even better after neuronal differentiation. Readouts were GFP or neuropeptide mRNA expression. Production of mature neuropeptides was poor in undifferentiated cells. By contrast, differentiated cells produced and sequestered mature neuropeptides into the medium in a MOI-dependent manner

Integration Preferences of Wildtype AAV-2 for Consensus Rep-Binding Sites at Numerous Loci in the Human Genome

Adeno-associated virus type 2 (AAV) is known to establish latency by preferential integration in human chromosome 19q13.42. The AAV non-structural protein Rep appears to target a site called AAVS1 by simultaneously binding to Rep-binding sites (RBS) present on the AAV genome and within AAVS1. In the absence of Rep, as is the case with AAV vectors, chromosomal integration is rare and random. For a genome-wide survey of wildtype AAV integration a linker-selection-mediated (LSM)-PCR strategy was designed to retrieve AAV-chromosomal junctions. DNA sequence determination revealed wildtype AAV integration sites scattered over the entire human genome. The bioinformatic analysis of these integration sites compared to those of rep-deficient AAV vectors revealed a highly significant overrepresentation of integration events near to consensus RBS. Integration hotspots included AAVS1 with 10% of total events. Novel hotspots near consensus RBS were identified on chromosome 5p13.3 denoted AAVS2 and on chromsome 3p24.3 denoted AAVS3. AAVS2 displayed seven independent junctions clustered within only 14 bp of a consensus RBS which proved to bind Rep in vitro similar to the RBS in AAVS3. Expression of Rep in the presence of rep-deficient AAV vectors shifted targeting preferences from random integration back to the neighbourhood of consensus RBS at hotspots and numerous additional sites in the human genome. In summary, targeted AAV integration is not as specific for AAVS1 as previously assumed. Rather, Rep targets AAV to integrate into open chromatin regions in the reach of various, consensus RBS homologues in the human genome

Optimasi Portofolio Resiko Menggunakan Model Markowitz MVO Dikaitkan dengan Keterbatasan Manusia dalam Memprediksi Masa Depan dalam Perspektif Al-Qur`an

Risk portfolio on modern finance has become increasingly technical, requiring the use of sophisticated mathematical tools in both research and practice. Since companies cannot insure themselves completely against risk, as human incompetence in predicting the future precisely that written in Al-Quran surah Luqman verse 34, they have to manage it to yield an optimal portfolio. The objective here is to minimize the variance among all portfolios, or alternatively, to maximize expected return among all portfolios that has at least a certain expected return. Furthermore, this study focuses on optimizing risk portfolio so called Markowitz MVO (Mean-Variance Optimization). Some theoretical frameworks for analysis are arithmetic mean, geometric mean, variance, covariance, linear programming, and quadratic programming. Moreover, finding a minimum variance portfolio produces a convex quadratic programming, that is minimizing the objective function ðð¥with constraintsð ð 𥠥 ðandð´ð¥ = ð. The outcome of this research is the solution of optimal risk portofolio in some investments that could be finished smoothly using MATLAB R2007b software together with its graphic analysis

Differential cross section measurements for the production of a W boson in association with jets in proton–proton collisions at √s = 7 TeV

Measurements are reported of differential cross sections for the production of a W boson, which decays into a muon and a neutrino, in association with jets, as a function of several variables, including the transverse momenta (pT) and pseudorapidities of the four leading jets, the scalar sum of jet transverse momenta (HT), and the difference in azimuthal angle between the directions of each jet and the muon. The data sample of pp collisions at a centre-of-mass energy of 7 TeV was collected with the CMS detector at the LHC and corresponds to an integrated luminosity of 5.0 fb[superscript −1]. The measured cross sections are compared to predictions from Monte Carlo generators, MadGraph + pythia and sherpa, and to next-to-leading-order calculations from BlackHat + sherpa. The differential cross sections are found to be in agreement with the predictions, apart from the pT distributions of the leading jets at high pT values, the distributions of the HT at high-HT and low jet multiplicity, and the distribution of the difference in azimuthal angle between the leading jet and the muon at low values.United States. Dept. of EnergyNational Science Foundation (U.S.)Alfred P. Sloan Foundatio

Search for stop and higgsino production using diphoton Higgs boson decays

Results are presented of a search for a "natural" supersymmetry scenario with gauge mediated symmetry breaking. It is assumed that only the supersymmetric partners of the top-quark (stop) and the Higgs boson (higgsino) are accessible. Events are examined in which there are two photons forming a Higgs boson candidate, and at least two b-quark jets. In 19.7 inverse femtobarns of proton-proton collision data at sqrt(s) = 8 TeV, recorded in the CMS experiment, no evidence of a signal is found and lower limits at the 95% confidence level are set, excluding the stop mass below 360 to 410 GeV, depending on the higgsino mass