Kodierung von Bewegungsmustern im menschlichen Gehirn - Untersuchungen mittels funktioneller Magnetresonanztomographie

Das Ziel dieser Arbeit war die Identifizierung kortikaler motorischer Areale mittels funktioneller MRT während der rechts-, links- und beidhändigen Ausführung der Unterschrift als Beispiel für eine hoch überlernte motorische Funktion. Dies wurde an Rechts- wie auch an Linkshändern unter verschiedenen Bedinungen und nach motorischem Training untersucht. Ebenso wurde versucht, die aktivierten Areale bei der bloßen Vorstellung der Ausführung einer motorischen Aufgabe darzustellen. Wir führten die Untersuchungen im Rahmen von 6 Einzelstudien an insgesamt 47 Probanden (10 Linkshänder, 37 Rechtshänder) durch. Die Daten wurden mittels der fMRT erhoben und mit Hilfe des Statistikprogramms SPM 96 ausgewertet. Aus den vorliegenden Ergebissen lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen (Schlussfolgerung I. - V. bezieht sich auf Rechtshänder, VI. auf Linkshänder): I. Die Kodierung von Bewegungsschemata involviert prä-SMA, rostalen und kaudalen Anteil des dorsolateralen prämotorischen und parietalen Kortex vorwiegend in der dominanten Hemisphäre. II. Die linke Hand hat Zugriff auf diese Bewegungsmuster in der ipsilateralen Hemisphäre. III. Linkshändiges Training induziert eine Enkodierung von Schemata im prämotorischen und parietalen Kortex aus der dominaten in die nichtdominate Hemisphäre. IV. Die dominante prä-SMA ist vermutlich verantwortlich für die Transformation einer spiegelbildlichen in eine parallele Bewegung. Der dorsolaterale prämotorische Kortex ist stärker in die Kontrolle einer bimanuellen, symmetrischen Bewegung involviert. V. Die "Callosal access" Theorie erklärt den Tranfer von motorischen Fähigkeiten der einen Hand mittels transkallosaler Übermittlung zur untrainierten Hand. Diese motorischen Fähigkeiten sind entweder in der dominanten oder in der zur trainierten Hand kontralateralen Hemisphäre repräsentiert. VI. Bei Linkshändern ist die kortikale Kontrolle bilateral organisiert

Anwendung moderner optischer Analysensysteme in der Biotechnologie

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Analysis and removal of ITER relevant materials and deposits by laser ablation

The analysis of the deposition of eroded wall material on the plasma-facing materials in fusion devices is one of the crucial issues to maintain the plasma performance and to fulfill safety requirements with respect to tritium retention by co-deposition. Laser ablation with minimal damage to the plasma facing material is a promising method for in situ monitoring and removal of the deposition, especially for plasma-shadowed areas which are difficult to reach by other cleaning methods like plasma discharge. It requires the information of ablation process and the ablation threshold for quantitative analysis and effective removal of the different deposits. This paper presents systemic laboratory experimental analysis of the behavior of the ITER relevant materials, graphite, tungsten, aluminum (as a substitution of beryllium) and mixed deposits ablated by a Nd:YAG laser (1064 nm) with different energy densities (1–27 J/cm2, power density 0.3–3.9 GW/cm2). The mixed deposits consisted of W–Al–C layer were deposited on W substrate by magnetron sputtering and arc plasma deposition. The aim was to select the proper parameters for the quantitative analysis and for laser removal of the deposits by investigating the ablation efficiency and ablation threshold for the bulk materials and deposits. The comparison of the ablation and saturation energy thresholds for pure and mixed materials shows that the ablation threshold of the mixed layer depends on the concentration of the components. We propose laser induced breakdown spectroscopy for determination of the elemental composition of deposits and then we select the laser parameters for the layer removal. Comparison of quantitative analysis results from laboratory to that from TEXTOR shows reasonable agreements. The dependence of the spectra on plasma parameters and ambient gas pressure is investigated

A Multi-Omics Protocol for Swine Feces to Elucidate Longitudinal Dynamics in Microbiome Structure and Function

Swine are regarded as promising biomedical models, but the dynamics of their gastrointestinal microbiome have been much less investigated than that of humans or mice. The aim of this study was to establish an integrated multi-omics protocol to investigate the fecal microbiome of healthy swine. To this end, a preparation and analysis protocol including integrated sample preparation for meta-omics analyses of deep-frozen feces was developed. Subsequent data integration linked microbiome composition with function, and metabolic activity with protein inventories, i.e., 16S rRNA data and expressed proteins, and identified proteins with corresponding metabolites. 16S rRNA gene amplicon and metaproteomics analyses revealed a fecal microbiome dominated by Prevotellaceae, Lactobacillaceae, Lachnospiraceae, Ruminococcaceae and Clostridiaceae. Similar microbiome compositions in feces and colon, but not ileum samples, were observed, showing that feces can serve as minimal-invasive proxy for porcine colon microbiomes. Longitudinal dynamics in composition, e.g., temporal decreased abundance of Lactobacillaceae and Streptococcaceae during the experiment, were not reflected in microbiome function. Instead, metaproteomics and metabolomics showed a rather stable functional state, as evident from short-chain fatty acids (SCFA) profiles and associated metaproteome functions, pointing towards functional redundancy among microbiome constituents. In conclusion, our pipeline generates congruent data from different omics approaches on the taxonomy and functionality of the intestinal microbiome of swine.Peer Reviewe

Application of a maximal-clique based community detection algorithm to gut microbiome data reveals driver microbes during influenza A virus infection

Influenza A Virus (IAV) infection followed by bacterial pneumonia often leads to hospitalization and death in individuals from high risk groups. Following infection, IAV triggers the process of viral RNA replication which in turn disrupts healthy gut microbial community, while the gut microbiota plays an instrumental role in protecting the host by evolving colonization resistance. Although the underlying mechanisms of IAV infection have been unraveled, the underlying complex mechanisms evolved by gut microbiota in order to induce host immune response following IAV infection remain evasive. In this work, we developed a novel Maximal-Clique based Community Detection algorithm for Weighted undirected Networks (MCCD-WN) and compared its performance with other existing algorithms using three sets of benchmark networks. Moreover, we applied our algorithm to gut microbiome data derived from fecal samples of both healthy and IAV-infected pigs over a sequence of time-points. The results we obtained from the real-life IAV dataset unveil the role of the microbial families Ruminococcaceae, Lachnospiraceae, Spirochaetaceae and Prevotellaceae in the gut microbiome of the IAV-infected cohort. Furthermore, the additional integration of metaproteomic data enabled not only the identification of microbial biomarkers, but also the elucidation of their functional roles in protecting the host following IAV infection. Our network analysis reveals a fast recovery of the infected cohort after the second IAV infection and provides insights into crucial roles of Desulfovibrionaceae and Lactobacillaceae families in combating Influenza A Virus infection. Source code of the community detection algorithm can be downloaded from https://github.com/AniBhar84/MCCD-WN

Entwicklung und Test von Prototypkomponenten für ITER

Das Bundesministerium für Bildung und und Forschung (BMBF) stellte in 2007/2008 Mittel imRahmen der Projektförderung zur Verfügung, mit der Zielsetzung eine stärker sichtbareBeteiligung der deutschen Fusionsinstitute am Aufbau von ITER zu erreichen, sowie dieChancen deutscher Unternehmen auf die Übernahme von Aufträgen für den Aufbau vonITER zu stärken.Eine wichtige Zielsetzung des hier beschriebenen Forschungsvorhabens (Projektnummer03FUS0007) war es demnach, kritische Prototyp-Komponenten für ITER zu entwickeln undzu testen, sowie entsprechende Mess- und Prüfeinrichtungen aufzubauen. Gleichzeitigwurde in der Projektbearbeitung sehr eng mit einer ganzen Reihe von Unternehmenzusammengearbeitet, um so einen intensiven Know-How Transfer in beiden Richtungen imHinblick auf die Entwicklung von Komponenten für Fusionsanlagen zu erreiche