Molecular Dynamics of Comminution in Ball Mills

We investigate autogenous fragmentation of dry granular material in rotating cylinders using two-dimensional molecular dynamics. By evaluation of spatial force distributions achieved numerically for various rotation velocities we argue that comminution occurs mainly due to the existence of force chains. A statistical analysis of theses force chains explains the spatial distribution of comminution efficiency in ball mills as measured experimentally by Rothkegel and Rolf. For animated sequences of our simulations see http://summa.physik.hu-berlin.de/~kies/Research/RotatingCylinder/rotatingcylind er.htmlComment: 15 pages, 13 figure

Frequency and Phase Synchronization in Stochastic Systems

The phenomenon of frequency and phase synchronization in stochastic systems requires a revision of concepts originally phrased in the context of purely deterministic systems. Various definitions of an instantaneous phase are presented and compared with each other with special attention payed to their robustness with respect to noise. We review the results of an analytic approach describing noise-induced phase synchronization in a thermal two-state system. In this context exact expressions for the mean frequency and the phase diffusivity are obtained that together determine the average length of locking episodes. A recently proposed method to quantify frequency synchronization in noisy potential systems is presented and exemplified by applying it to the periodically driven noisy harmonic oscillator. Since this method is based on a threshold crossing rate pioneered by S.O. Rice the related phase velocity is termed Rice frequency. Finally, we discuss the relation between the phenomenon of stochastic resonance and noise-enhanced phase coherence by applying the developed concepts to the periodically driven bistable Kramers oscillator.Comment: to appear in the Chaos focus issue on "Control, communication, and synchronization in chaotic dynamical systems

Phase locking below rate threshold in noisy model neurons

The property of a neuron to phase-lock to an oscillatory stimulus before adapting its spike rate to the stimulus frequency plays an important role for the auditory system. We investigate under which conditions neurons exhibit this phase locking below rate threshold. To this end, we simulate neurons employing the widely used leaky integrate-and-fire (LIF) model. Tuning parameters, we can arrange either an irregular spontaneous or a tonic spiking mode. When the neuron is stimulated in both modes, a significant rise of vector strength prior to a noticeable change of the spike rate can be observed. Combining analytic reasoning with numerical simulations, we trace this observation back to a modulation of interspike intervals, which itself requires spikes to be only loosely coupled. We test the limits of this conception by simulating an LIF model with threshold fatigue, which generates pronounced anticorrelations between subsequent interspike intervals. In addition we evaluate the LIF response for harmonic stimuli of various frequencies and discuss the extension to more complex stimuli. It seems that phase locking below rate threshold occurs generically for all zero mean stimuli. Finally, we discuss our findings in the context of stimulus detection

Festschrift on the occasion of Ulrike Feudel’s 60th birthday

Peer reviewedPostprin

Dissimilarity analysis based on diffusion maps

Compositional measurements from species assemblages define a high dimensional dataspace in which the data can form complex structures, termed manifolds. Comparing assemblages in this dataspace is difficult because the data is often sparse relative to its dimensionality and the complex structure of the manifold introduces bias and error in measurements of distance. Here, we apply diffusion maps, a manifold learning method, to find and characterize manifolds in high‐dimensional compositional data. We show that diffusion maps embed the data in reduced dimensions in which the Euclidean distance between data points approximates the distance between them along the manifold. This is especially useful when species turnover is high, as it provides a way to measure meaningful distances between assemblages even when they harbor disjoint sets of species. We anticipate diffusion maps will therefore be particularly useful for characterizing community change over large spatial and temporal scales.</jats:p

Finite-sample frequency distributions originating from an equiprobability distribution

Given an equidistribution for probabilities p(i)=1/N, i=1..N. What is the expected corresponding rank ordered frequency distribution f(i), i=1..N, if an ensemble of M events is drawn?Comment: 4 pages, 4 figure

Temperament and interaction quality in the frist years of life - The longitudinal interplay of early temperament and maternal interaction quality in the context of unequal psychosocial resources

Die Bedeutung der frühen Kindheit für die weitere Entwicklung findet in der Forschung zunehmend Beachtung. In dieser Hinsicht gelten die mütterliche Interaktionsqualität und das Temperament des Kindes für sich genommen beide als wichtige Prädiktoren. Verstärkt werden könnte ihr Effekt durch ihre Wechselwirkung, über die seit Jahrzehnten diskutiert wird. Die Befundlage gestaltet sich uneindeutig, jedoch gibt es Hinweise, dass die psychosozialen Ressourcen der Mutter eine Rolle dafür spielen könnten, wie sie insbesondere mit einem schwierigen Temperament ihres Kindes umgeht. Des Weiteren wurde bisher versäumt, das längsschnittliche Zusammenspiel der Variablen zu untersuchen, obwohl der Forschungsstand eine transaktionale wechselseitige Beeinflussung vermuten lässt. Zur Untersuchung dieser Thesen wurden zwei Studien durchgeführt, die um eine dritte Studie ergänzt wurden, die der Untersuchung grundlegender Fragen rund um die Erfassung und das Verständnis frühkindlichen Temperaments diente. Die vorgelegte Synopse fasst die relevanten Theorien und Befunde zusammen, zeigt aktuelle Forschungsdesiderata auf, stellt Design und Ergebnisse der drei Studien vor und diskutiert schließlich deren Implikationen für tangierte Forschungs- und Praxisfelder. Die Studien greifen im Wesentlichen auf Daten des Nationalen Bildungspanels zurück, das an einer für das untersuchte Alter außergewöhnlich großen Stichprobe Befragungs- und Beobachtungsdaten erhoben hat, die eine Analyse der untersuchten Fragestellung ermöglichen. Studie 1 stützt die Validität der verwendeten Einschätzungen der Mutter zum Temperament ihres Kindes und liefert Ansatzpunkte für eine Neubewertung des Forschungsstandes zu dieser Frage. Studie 2 und 3 zeigen, dass eine geringere Interaktionsqualität auf komplexe Weise mit einem schwierigeren Temperament assoziiert ist. Für Mütter, deren psychosoziale Ressourcen nicht eingeschränkt sind, fällt die Höhe dieses negativen Zusammenhangs im ersten Lebensjahr minimal aus, nimmt jedoch bis zum dritten Lebensjahr kontinuierlich zu. Lagen hingegen mehrere Risikofaktoren vor, für die von einer belastenden Wirkung auf die psychosozialen Ressourcen der Mutter ausgegangen wird, war nicht nur eine deutlich geringere Interaktionsqualität, sondern auch ein wesentlich stärkerer Effekt des Temperaments zu beobachten. Im ersten Lebensjahr zeigten belastete Mütter eine besonders niedrige Interaktionsqualität, wenn ihr Kind ein schwieriges Temperament aufwies, wohingegen ein einfaches Temperament die negative Wirkung der Belastungsfaktoren auf die Interaktionsqualität sogar zu einem großen Teil kompensieren konnte. Im zweiten und zu Beginn des dritten Lebensjahres zeigte sich kein solcher Interaktionseffekt und auch kein Zusammenhang eines schwierigen Temperaments mit der Interaktionsqualität belasteter Mütter. Somit konnten die Studien die besondere Rolle des frühkindlichen Temperaments bestätigen, da sie zeigen, dass der negative Effekt eines schwierigen Temperaments im ersten Lebensjahr nicht nur konditional an das Vorliegen kumulierter Belastungen geknüpft ist, sondern umgekehrt auch deren negative Wirkung auf die Interaktionsqualität konditional davon abhängt, ob die Mutter vom Temperament ihres Kindes herausgefordert ist. Dass ab dem zweiten Lebensjahr kein querschnittlicher Zusammenhang mehr zu beobachten ist, zeigt in Verbindung mit der hohen festgestellten Prädiktivität der Interaktionsqualität im ersten Lebensjahr, wie wichtig es ist, betroffene Mutter-Kind-Dyaden bereits im ersten Lebensjahr zu identifizieren und zu unterstützen, um weiteren ungünstigen Entwicklungen vorzubeugen. Daher sollten sowohl die Forschung zu frühen Interaktionen als auch die Kinder- und Jugendhilfe dem Temperament im ersten Lebensjahr künftig mehr Beachtung schenken