The Architecture of Metacognition: Insights into its Structural Organization and Neurobiological Substrates

Metacognition, the capacity to monitor one’s own mental states and processes, is integral to successful human behavior. However, key questions regarding the architecture of metacognition remain hitherto unresolved. For example, it is unclear whether the accuracy of metacognitive evaluations converges on a single, unitary resource across various tasks or whether there are separable metacognitive subsystems for different demands. This also poses a challenge to the investigation of the neurobiological processes underlying metacognitive operations, as insights into the structure of metacognition in one functional domain are thus not readily applicable to other domains. Furthermore, only little is known about how metacognition is underpinned at the level of neurotransmitter systems. The research reported in this dissertation aimed to yield insights towards resolving these questions by investigating the architecture of metacognition in three original studies. Specifically, a large-scale behavioral study was conducted to analyze the pattern of individual differences in metacognitive ability across experimental domains and methodological approaches, in which several aspects were taken into account that are considered to be critical to the investigation of this research question. It was found that a combination of domain-general (unity) and domain-specific (diversity) components most adequately describes the structure of metacognition. Moreover, two separate functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies are described which examined the effects of a specific pharmacological challenge on the integrity of metacognitive processes in two different domains, episodic memory and visual perception: The N-methyl-D-aspartate (NMDA) glutamate receptor antagonist ketamine represents a promising candidate for pharmacological modulations of metacognition, as previous studies obtained indications of ketamine-induced alterations in related functions. Convergent evidence of both studies indicates an involvement of the glutamatergic neurotransmitter system in metacognition, as the precision of meta-level evaluations was found to be attenuated during acute ketamine administration, which may partially be compensated by re-representations of maintained object-level information. Overall, the studies presented in this dissertation provide novel contributions to the scientific understanding of the architecture of metacognition.Die Architektur der Metakognition: Einblicke in ihre strukturelle Organisation und neurobiologischen Substrate Metakognition, die Fähigkeit zur Überwachung eigener mentaler Zustände und Prozesse, stellt eine wesentliche Voraussetzung für erfolgreiches menschliches Verhalten dar. Zentrale Fragen hinsichtlich der Architektur der Metakognition sind jedoch bisher ungeklärt. So ist beispielsweise offen, ob die Genauigkeit metakognitiver Bewertungen über verschiedene Aufgaben hinweg auf einer einzigen, gemeinsamen Grundlage basiert oder ob es möglich ist, trennbare metakognitive Subsysteme für unterschiedliche Anforderungen zu identifizieren. Dies stellt auch eine Herausforderung für die Untersuchung der neurobiologischen Prozesse dar, die metakognitiven Vorgängen zugrunde liegen, da Einblicke in die Struktur der Metakognition in einer funktionellen Domäne somit nicht ohne Weiteres auf andere Domänen übertragbar sind. Ferner ist nur wenig über die Grundlagen der Metakognition auf Ebene der Neurotransmitter-Systeme bekannt. Die in dieser Dissertation beschriebenen Forschungsstudien hatten zum Ziel, Erkenntnisse zur Beantwortung dieser Fragen hervorzubringen, indem die Architektur der Metakognition in drei Originalarbeiten untersucht wurde. Zum einen wurde eine umfassende Verhaltensstudie zur Analyse des Musters individueller Unterschiede in der metakognitiven Fähigkeit über experimentelle Domänen und methodische Zugänge hinweg durchgeführt, in der mehrere Aspekte Berücksichtigung fanden, die als besonders wichtig für die Untersuchung dieser Forschungsfrage gelten. Es zeigte sich, dass die Struktur der Metakognition am angemessensten durch eine Kombination aus domänenübergreifenden (Einheit) und domänenspezifischen (Vielfalt) Komponenten repräsentiert wird. Darüber hinaus werden zwei separate Studien unter Verwendung von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) beschrieben, in denen die Auswirkungen einer spezifischen pharmakologischen Intervention auf die Integrität metakognitiver Prozesse in zwei verschiedenen Domänen, dem episodischen Gedächtnis und der visuellen Wahrnehmung, untersucht wurden: Für pharmakologische Modulationen der Metakognition gilt der N-methyl-D-Aspartat (NMDA)-Glutamat-Rezeptor-Antagonist Ketamin als vielversprechend, u.a. da frühere Studien Hinweise auf Ketamin-induzierte Veränderungen bei verwandten Funktionen erbrachten. Die übereinstimmenden Ergebnisse beider Studien legen eine Beteiligung des glutamatergen Neurotransmittersystems an der Metakognition nahe, da ermittelt wurde, dass die Genauigkeit von Metaebenen-Bewertungen während akuter Ketamin-Verabreichung eingeschränkt war, was jedoch möglicherweise durch die Re-Repräsentation von aufrechterhaltener Objektebenen-Information anteilig kompensiert werden kann. Insgesamt leisten die in dieser Dissertation beschriebenen Studien neue Beiträge zum wissenschaftlichen Verständnis der Architektur der Metakognition

Regionale Entwicklungsmuster und ihre Konsequenzen für die Raumordnungspolitik

Seit Mitte der 1990er Jahre haben sich die deutschen Arbeitsmarktregionen sehr heterogen entwickelt. So existieren Regionen, die neben einer Steigerung ihrer Wettbewerbsfähigkeit zusätzlich einen Erwerbstätigenzuwachs verzeichnen konnten. Daneben sind Regionen zu finden, deren wirtschaftliches Wachstum und deren Arbeitsplatzentwicklung ungünstiger verliefen. Diese Beobachtung führt mit Blick auf regionalpolitische Förderziele und Strategien zu weitreichenden Konsequenzen. Die vorliegende Studie fokussiert auf drei zentrale Fragestellungen: 1. Beschreibung regionaler Entwicklungsmuster von 1996 bis 2005, 2. Ermittlung horizontaler und vertikaler Strukturen industrieller Cluster, 3. Analyse sich daraus ergebender Regionalcharakteristika sowie deren Wachstumseffekte. Neben der Klassifikation regionaler Entwicklungsmuster steht demnach die Frage regional konzentrierter Clusterstrukturen im Vordergrund des Erkenntnisinteresses. Greifen bestehende Studien zu diesem Thema im Allgemeinen auf Fallstudien zurück, so ermöglicht die in der vorliegenden Arbeit angewendete Methodik eine allgemeine Bestimmung von horizontalen und vertikalen Clusterstrukturen kleinräumiger Einheiten für große Volkswirtschaften. Mit Hilfe der ermittelten Clusterstrukturen werden Wachstumseffekte analysiert. Hierfür wird eine regionale Wachstumsfunktion unter Berücksichtigung räumlicher Effekte modelliert. Die Untersuchung stellt die überarbeitete Fassung eines Gutachtens im Auftrag des Bundesamts für Bauwesen und Raumordnung (BBR) dar, das im Sommer 2008 abgeschlossen wurde. In die abschließende Bearbeitung sind die Ergebnisse eines zusammen mit dem BBR sowie dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) durchgeführten Expertenworkshops, der am 13. März 2008 in Bonn stattfand, eingeflossen

Insights into German polar research during POLARSTUNDE

Polar research is an interdisciplinary and multi-faceted field of research ranging from history to geology and geophysics to social sciences and education. Thus, several different universities and institutions within Germany participate in polar research. The seminar series POLARSTUNDE, organized by the German Society for Polar Research (Deutsche Gesellschaft für Polarforschung) and the German National Committee of the Association of Polar Early Career Scientists (APECS Germany) regularly features different topics of German polar research. Although initially a "pandemic solution", the seminar series has established itself as a valuable and highly successful part of the German polar research landscape. The seminar series was held in German and was aimed at both scientists and the general public. This article addresses the first season of POLARSTUNDE and provides (1) comprehensive summaries of the talks and (2) insight into the planning and execution from an organizational point of view

Multinucleon emission following the pion absorption in N, Ar and Xe

Positive pion absorption was studied in an almost 4p geometry allowing simultaneous measurements of various charge and neutral multiplicities. Total absorption cross sections and its decomposition into the most important channels is determined. The results are presented for N, Ar and Xe nuclei at incident pion energies of 118,162 and 239 MeV. The role of multinucleon emission in the absorption process is emphasized

Pion absorption in ^4He

This paper presents a large solid angle measurement of the positive pion absorption cross section on ^4He and its decomposition into partial channels. A large fraction of the absorption cross section at incident pion kinetic energies of T_π+ =70, 118, 162, 239, and 330 MeV is due to multinucleon channels

Višenukleonska emisija nakon pionske apsorpcije u N, Ar i Xe

Positive pion absorption was studied in an almost 4π geometry allowing simultaneous measurements of various charge and neutral multiplicities. Total absorption cross sections and its decomposition into the most important channels is determined. The results are presented for N, Ar and Xe nuclei at incident pion energies of 118,162 and 239 MeV. The role of multinucleon emission in the absorption process is emphasized.Proučava se pionska apsorpcija s blizu 4π detekcijom koja dozvoljava istovremeno mjerenje raznih nabojskih i neutralnih višestrukosti. Određuju se ukupni udarni presjeci i njihovo razlaganje u najvažnije kanale. Predstavljaju se rezultati za jezgre N, Ar i Xe na energijama 118,162 i 239 MeV. Ističe se uloga višenukleonske emisije u procesu apsorpcije

Comparative Transcriptomics of Immune Checkpoint Inhibitor Myocarditis Identifies Guanylate Binding Protein 5 and 6 Dysregulation

Immune checkpoint inhibitors (ICIs) are revolutionizing cancer treatment. Nevertheless, their increasing use leads to an increase of immune-related adverse events (irAEs). Among them, ICI-associated myocarditis (ICIM) is a rare irAE with a high mortality rate. We aimed to characterize the transcriptional changes of ICIM myocardial biopsies and their possible implications. Patients suspected for ICIM were assessed in the cardio-oncology units of University Hospitals Heidelberg and Kiel. Via RNA sequencing of myocardial biopsies, we compared transcriptional changes of ICIM (n = 9) with samples from dilated cardiomyopathy (DCM, n = 11), virus-induced myocarditis (VIM, n = 5), and with samples of patients receiving ICIs without any evidence of myocarditis (n = 4). Patients with ICIM (n = 19) showed an inconsistent clinical presentation, e.g., asymptomatic elevation of cardiac biomarkers (hs-cTnT, NT-proBNP, CK), a drop in left ventricular ejection fraction, or late gadolinium enhancement in cMRI. We found 3784 upregulated genes in ICIM (FDR < 0.05). In the overrepresented pathway ‘response to interferon-gamma’, we found guanylate binding protein 5 and 6 (compared with VIM: GBP5 (log2 fc 3.21), GBP6 (log2 fc 5.37)) to be significantly increased in ICIM on RNA- and protein-level. We conclude that interferon-gamma and inflammasome-regulating proteins, such as GBP5, may be of unrecognized significance in the pathophysiology of ICIM

Biochemical Diagnosis of Chromaffin Cell Tumors in Patients at High and Low Risk of Disease: Plasma versus Urinary Free or Deconjugated -Methylated Catecholamine Metabolites

BACKGROUND Measurements of plasma or urinary metanephrines are recommended for diagnosis of pheochromocytoma and paraganglioma (PPGL). What test offers optimal diagnostic accuracy for patients at high and low risk of disease, whether urinary free metanephrines offer advantages over deconjugated metanephrines, and what advantages are offered by including methoxytyramine in panels all remain unclear. METHODS A population of 2056 patients with suspected PPGLs underwent prospective screening for disease using mass spectrometric-based measurements of plasma free, urinary deconjugated, and urinary free metanephrines and methoxytyramine. PPGLs were confirmed in 236 patients and were excluded in others on follow-up evaluation. RESULTS Measurements of plasma free metabolites offered higher ( < 0.01) diagnostic sensitivity (97.9%) than urinary free (93.4%) and deconjugated (92.9%) metabolites at identical specificities for plasma and urinary free metabolites (94.2%) but at a lower ( < 0.005) specificity for deconjugated metabolites (92.1%). The addition of methoxytyramine offered little value for urinary panels but provided higher ( < 0.005) diagnostic performance for plasma measurements than either urinary panel according to areas under ROC curves (0.991 vs 0.972 and 0.964). Diagnostic performance of urinary and plasma tests was similar for patients at low risk of disease, whereas plasma measurements were superior to both urinary panels for high-risk patients. CONCLUSIONS Diagnosis of PPGLs using plasma or urinary free metabolites provides advantages of fewer false-positive results compared with commonly measured deconjugated metabolites. The plasma panel offers better diagnostic performance than either urinary panel for patients at high risk of disease and, with appropriate preanalytics, provides the test of choice. Measurements of methoxytyramine in urine show limited diagnostic utility compared with plasma