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Typical Geometry, Second-Order Properties and Central Limit Theory for Iteration Stable Tessellations
Since the seminal work of Mecke, Nagel and Weiss, the iteration stable (STIT)
tessellations have attracted considerable interest in stochastic geometry as a
natural and flexible yet analytically tractable model for hierarchical spatial
cell-splitting and crack-formation processes. The purpose of this paper is to
describe large scale asymptotic geometry of STIT tessellations in
and more generally that of non-stationary iteration infinitely
divisible tessellations. We study several aspects of the typical first-order
geometry of such tessellations resorting to martingale techniques as providing
a direct link between the typical characteristics of STIT tessellations and
those of suitable mixtures of Poisson hyperplane tessellations. Further, we
also consider second-order properties of STIT and iteration infinitely
divisible tessellations, such as the variance of the total surface area of cell
boundaries inside a convex observation window. Our techniques, relying on
martingale theory and tools from integral geometry, allow us to give explicit
and asymptotic formulae. Based on these results, we establish a functional
central limit theorem for the length/surface increment processes induced by
STIT tessellations. We conclude a central limit theorem for total edge
length/facet surface, with normal limit distribution in the planar case and
non-normal ones in all higher dimensions.Comment: 51 page
Shape-Driven Nested Markov Tessellations
A new and rather broad class of stationary (i.e. stochastically translation
invariant) random tessellations of the -dimensional Euclidean space is
introduced, which are called shape-driven nested Markov tessellations. Locally,
these tessellations are constructed by means of a spatio-temporal random
recursive split dynamics governed by a family of Markovian split kernel,
generalizing thereby the -- by now classical -- construction of iteration
stable random tessellations. By providing an explicit global construction of
the tessellations, it is shown that under suitable assumptions on the split
kernels (shape-driven), there exists a unique time-consistent whole-space
tessellation-valued Markov process of stationary random tessellations
compatible with the given split kernels. Beside the existence and uniqueness
result, the typical cell and some aspects of the first-order geometry of these
tessellations are in the focus of our discussion
Geometry of iteration stable tessellations: Connection with Poisson hyperplanes
Since the seminal work by Nagel and Weiss, the iteration stable (STIT)
tessellations have attracted considerable interest in stochastic geometry as a
natural and flexible, yet analytically tractable model for hierarchical spatial
cell-splitting and crack-formation processes. We provide in this paper a
fundamental link between typical characteristics of STIT tessellations and
those of suitable mixtures of Poisson hyperplane tessellations using martingale
techniques and general theory of piecewise deterministic Markov processes
(PDMPs). As applications, new mean values and new distributional results for
the STIT model are obtained.Comment: Published in at http://dx.doi.org/10.3150/12-BEJ424 the Bernoulli
(http://isi.cbs.nl/bernoulli/) by the International Statistical
Institute/Bernoulli Society (http://isi.cbs.nl/BS/bshome.htm). arXiv admin
note: text overlap with arXiv:1001.099
Intrinsic Volumes of the Maximal Polytope Process in Higher Dimensional STIT Tessellations
Stationary and isotropic iteration stable random tessellations are
considered, which can be constructed by a random process of cell division. The
collection of maximal polytopes at a fixed time within a convex window
is regarded and formulas for mean values, variances, as
well as a characterization of certain covariance measures are proved. The focus
is on the case , which is different from the planar one, treated
separately in \cite{ST2}. Moreover, a multivariate limit theorem for the vector
of suitably rescaled intrinsic volumes is established, leading in each
component -- in sharp contrast to the situation in the plane -- to a
non-Gaussian limit.Comment: 27 page
1D single-cell migration on microlanes and at interfaces
Cell migration is essential to maintaining the functionality of the human body, for example in immune response. Nonetheless, the ability of cells to move in the body also plays a major role in diseases, such as cancer metastasis. In order to be able to predict how cell migration is affected by environmental cues and to ïŹnd drugs that allow controlling cell migration, we need a better understanding of the process and methods to quantitatively investigate this. In their natural environment, cells are exposed to many influences from their surrounding. In order to study cell migration independently of those cues or to specifically study certain effects, defined conditions are required in which cell movement can be analysed. With the help of microstructured surfaces, it is possible to get defined environments by controlling surface coatings. By the use of different coatings, which are cell adhesive or cell repellent, it is possible to conïŹne the movement of cells to one-dimensional lanes. Applying scanning time-lapse microscopy, the movement of hundreds of individual cells can be observed in parallel.
In this work, we ïŹnd that the movement of breast cancer cells on lanes can be approximately described with a two-state model where phases of directed and random motion alternate. In addition, the ability of the cells to react to changes in the substrate can be investigated by incorporating barriers consisting of cell-repellent surface coatings. This results in characteristic measures that provide a detailed description of the cell behaviour on lanes and thus enables a multiparameter quantification of cell movement. The adhesion points of the cells to the substrate play an important role for transmission of forces and thus for the locomotion of cells. In order to investigate this factor in more detail, a new micropatterning method was developed that allows producing lanes with steps of changing adhesiveness. On these lanes, one and the same cell can be examined in environments with different adhesiveness. This made it possible to reproduce the existence of a maximum cell velocity for medium adhesiveness at the single-cell level. We show that the velocity of the cells changes twice at the stepsâwhen the front and when back traverses. This, and the maximum in the velocity, can be explained by a simple phenomenological model in which the cell interacts with the substrate at only two pointsâat the front and the backâand with a coupling between front and back. Furthermore, we show that cells perform relative measurements of adhesiveness at the transitions and strikingly react almost exclusively to a reduction of adhesiveness. These ïŹndings are important for guiding cells by environmental cues and for their effects on cell velocity, but they also raise new questions, for instance about how the coupling of the front and back of the cell works at the molecular level.
In addition, the multiparameter quantiïŹcation of cell motility is applied to differentiate cell types and to study the effect of possible anti-migration drugs that could be used in cancer therapy. This method also proved useful for the investigation of the mode of action of micro RNA 200c on cell migration, a candidate for novel forms of gene therapy. In particular, the assay allows recording changes in migration behaviour in a time-resolved manner. Thus, certain points in time can be identiïŹed at which changes in the expression of involved proteins are expected. Corresponding correlation studies between gene expression and changes of the phenotype could help to elucidate complex regulatory networks and thus contribute to ïŹnding new effective approaches in cancer therapy.Zellmigration ist essentiell um die FunktionalitĂ€t des menschlichen Körpers aufrecht zu erhalten, zum Beispiel fĂŒr das Immunsystem. Aber auch bei Krankheiten, wie bei der Metastasierung von Krebs, spielt die FĂ€higkeit von Zellen sich im Körper Fortzubewegen eine groĂe Rolle. Um das Verhalten von Zellen in AbhĂ€ngigkeit von UmwelteinflĂŒssen vorhersagen zu können und um Medikamente zu entwickeln, die eine Kontrolle der Zellmigration erlauben, brauchen wir ein besseres VerstĂ€ndnis des Prozesses und Methoden um dies quantitativ untersuchen zu können. In ihrer natĂŒrlichen Umgebung sind Zellen vielen Reizen aus ihrer Umgebung ausgesetzt. Um Zellmigration unabhĂ€ngig davon untersuchen zu können oder um gezielt bestimmte EinflĂŒsse zu studieren, benötigt man definierte Umgebungen in denen die Zellbewegung analysiert werden kann. Mit Hilfe von mikrostrukturierten OberflĂ€chen ist es durch die Kontrolle der OberflĂ€chenbeschichtung möglich definierte Modellsysteme zu schaffen. Durch die Verwendung von verschiedenen Beschichtungen, die es Zellen entweder erlauben daran zu haften oder zellabweisend sind, ist es möglich die Bewegung der Zellen auf eindimensionale Bahnen zu beschrĂ€nken. Mittels Abrastern durch Zeitraffermikroskopie lĂ€sst sich so die Bewegung von hunderten einzelnen Zellen parallel beobachten.
In dieser Arbeit wurde festgestellt, dass sich die Bewegung von Brustkrebszellen auf Bahnen nĂ€herungsweise mit einem Zweizustandsmodell beschreiben lĂ€sst. Dabei wechseln sich Phasen mit gerichteter und zufĂ€lliger Bewegung ab. ZusĂ€tzlich kann durch den Einbau von Barrieren, bestehend aus zellabweisender OberflĂ€chenbeschichtung, die FĂ€higkeit der Zellen auf Ănderungen im Substrat zu reagieren untersucht werden. Daraus resultieren charakteristische MessgröĂen, die das Zellverhalten auf den Bahnen genau beschreiben und somit eine Multiparameterquantifizierung der Zellbewegung ermöglichen.
Die AdhĂ€sionspunkte der Zellen zum Substrat spielen eine groĂe Rolle fĂŒr die KraftĂŒbertragung und damit fĂŒr das VorwĂ€rtskommen der Zellen. Um diesen Einflussfaktor genauer zu untersuchen, wurde eine neue Mikrostrukturierungsmethode entwickelt, die es erlaubt Bahnen mit sich stufenweise verĂ€ndernder AdhĂ€sivitĂ€t herzustellen. Auf diesen Bahnen kann ein und dieselbe Zelle in Umgebungen mit unterschiedlicher AdhĂ€sivitĂ€t untersucht werden. Damit konnte die Existenz eines Maximums der Zellgeschwindigkeit fĂŒr mittlere AdhĂ€sivitĂ€t auf Einzelzellebene reproduziert werden. Es zeigt sich, dass sich die Geschwindigkeit der Zellen an den StufenĂŒbergĂ€ngen sowohl beim Ăbergang der Zellvorder- als auch der RĂŒckseite Ă€ndert. Dies, und das Maximum der Geschwindigkeit kann mit einem einfachen phĂ€nomenologischen Modell erklĂ€rt werden, bei dem die Zelle nur an zwei Punkten â hinten und vorne â mit dem Substrat inteagiert, wobei Vorder- und RĂŒckseite gekoppelt sind. Weiterhin zeigt sich, dass Zellen an den ĂbergĂ€ngen relative Messungen der AdhĂ€sivitĂ€t durchfĂŒhren und vor allem auf eine Verringerung der AdhĂ€sivitĂ€t reagieren. Diese Erkenntnisse sind von Bedeutung fĂŒr die Steuerung von Zellen durch UmgebungseinflĂŒsse und deren Einfluss auf die Zellgeschwindigkeit, aber sie werfen auch neue Fragen auf, etwa ĂŒber die Funktionsweise der Kopplung von Zellvorder- und RĂŒckseite auf molekularer Ebene.
DarĂŒber hinaus findet die Multiparameterquantifizierung der Zellbewegung auf Bahnen Anwendung bei der Unterscheidung von verschiedenen Zelltypen und bei der Untersuchung der Wirkung von möglichen migrationshemmenden Medikamenten, die in der Krebstherapie eingesetzt werden könnten. Auch fĂŒr die Untersuchung der Wirkungsweise von micro RNA 200c auf die Zellbewegung, eines Kandidaten fĂŒr neuartige Formen der Gentherapie, erwies sich diese Methode als nĂŒtzlich. Insbesondere ermöglicht sie Ănderungen des Migrationsverhaltens auf den Bahnen zeitaufgelöst zu erfassen. Somit können bestimmte Zeitpunkte identifiziert werden, zu denen man Ănderungen in der Expression beteiligter Proteine erwartet. Entsprechende Korrelationsstudien, zwischen Genexpression und Ănderung des PhĂ€notyps, könnten dabei helfen komplizierte regulatorische Netzwerke aufzuklĂ€ren und so neue wirkungsvolle AnsĂ€tze fĂŒr die Krebstherapie zu finden
»Morpheus, Gabel, Schere, Licht« â Aktuelle Haftungsfragen zu Rechtsverletzungen durch Kinder im Internet
Die Klausur greift die gegenwÀrtige Entwicklung der Recht-
sprechung zur Haftung von Eltern fĂŒr RechtsverstöĂe ihres
Kindes im Internet auf. Von den Bearbeitern wird sowohl
deliktsrechtliches Einzelwissen als auch die FĂ€higkeit ver-
langt, mit den weniger bekannten Vorschriften des Urheber-
rechtsgesetzes methodisch sicher umzugehen
Effektive Steuerbelastungen bei Vorliegen ökonomischer Renten
Die Messung der effektiven Steuerbelastung rentabler Investitionen ist mit zahlreichen methodischen Problemen verbunden. Diese lassen sich zum Teil mit einem auf Devereux und Griffith zurĂŒckgehenden Modell ĂŒberwinden. Basierend auf ihrem Ansatz wird eine MaĂgröĂe fĂŒr die effektive Steuerbelastung rentabler Investitionen entwickelt, die in direkter Beziehung zu dem verbreiteten Konzept der effektiven Grenzsteuerbelastung steht. Ein Vergleich mit tariflichen SteuersĂ€tzen deutet auf steuerliche VergĂŒnstigungen oder Benachteiligungen der Investitionen hin. AuĂerdem wird die Verbindung des Ansatzes zu betriebswirtschaftlichen KapitalwertkalkĂŒlen aufgezeigt. SchlieĂlich werden der Ansatz und die entwickelten MaĂe hinsichtlich ihres Anwendungsbereiches und ihrer StĂ€rken und SchwĂ€chen eingeordnet
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