Training-induced cognitive and neural plasticity

Peer Reviewe

The role of working memory for task-order coordination in dual-task situations

Dual-task (DT) situations require task-order coordination processes that schedule the processing of two temporally overlapping tasks. Theories on task-order coordination suggest that these processes rely on order representations that are actively maintained and processed in working memory (WM). Preliminary evidence for this assumption stems from DT situations with variable task order, where repeating task order relative to the preceding trials results in improved performance compared to changing task order, indicating the processing of task-order information in WM between two succeeding trials. We directly tested this assumption by varying WM load during a DT with variable task order. In Experiment 1, WM load was manipulated by varying the number of stimulus–response mappings of the component tasks. In Experiment 2A, WM load was increased by embedding an additional WM updating task in the applied DT. In both experiments, the performance benefit for trials with repeated relative to trials with changed task order was reduced under high compared to low WM load. These results confirm our assumption that the processing of the task-order information relies on WM resources. In Experiment 2B, we tested whether the results of Experiment 2A can be attributed to introducing an additional task per se rather than to increased WM load by introducing an additional task with a low WM load. Importantly, in this experiment, the processing of order information was not affected. In sum, the results of the three experiments indicate that task-order coordination relies on order information which is maintained in an accessible state in WM during DT processing.Deutsche Forschungsgemeinschaft http://dx.doi.org/10.13039/501100001659Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (1043)Peer Reviewe

On the impacts of working memory training on executive functioning

Recent studies have reported improvements in a variety of cognitive functions following sole working memory (WM) training. In spite of the emergence of several successful training paradigms, the scope of transfer effects has remained mixed. This is most likely due to the heterogeneity of cognitive functions that have been measured and tasks that have been applied. In the present study, we approached this issue systematically by investigating transfer effects from WM training to different aspects of executive functioning. Our training task was a demanding WM task that requires simultaneous performance of a visual and an auditory n-back task, while the transfer tasks tapped WM updating, coordination of the performance of multiple simultaneous tasks (i.e., dual-tasks) and sequential tasks (i.e., task switching), and the temporal distribution of attentional processing. Additionally, we examined whether WM training improves reasoning abilities; a hypothesis that has so far gained mixed support. Following training, participants showed improvements in the trained task as well as in the transfer WM updating task. As for the other executive functions, trained participants improved in a task switching situation and in attentional processing. There was no transfer to the dual-task situation or to reasoning skills. These results, therefore, confirm previous findings that WM can be trained, and additionally, they show that the training effects can generalize to various other tasks tapping on executive functions

Entwurf und Evaluierung einer prädiktiven Fahrstrategie auf Basis von Ampel-Fahrzeug-Kommunikationsdaten

In der vorliegenden Arbeit wird eine prädiktive Fahrstrategie vorgestellt, die auf Basis von Ampel-Fahrzeug-Kommunikationsdaten generiert wird. Dazu wird ein aktueller Ansatz für eine prädiktive Fahrstrategie zur Annäherung an eine Lichtsignalanlage (LSA) untersucht. Es werden verschiedene Optimierungsansätze deutlich, von denen ein großer Teil bei der Systemerweiterung berücksichtigt wird. Bei der Analyse konnte gezeigt werden, dass die bisherige Strategieempfehlung durch den Einfluss vorausfahrender Verkehrsteilnehmer eingeschränkt wird. Es ergaben sich potentielle Problemsituationen, welche sich im realen Straßenverkehr negativ auf die Funktionalität des Fahrerassistenzsystems (FAS) auswirken. Für Anfragen des Öffentlichen Personen Nachverkehrs (ÖPNV) wurde ermittelt, dass keine allgemeingültigen Aussagen über die Eignung der Assistenzfunktion gegeben werden können. Die wesentliche Neuerung zu bisheriger Strategieansätze für die Annäherung an Knotenpunkte mit LSA ist die Berücksichtigung anderer Verkehrsteilnehmer. Dazu werden die neuen Größen effektive Freigabezeit und virtuelle Position der Haltelinie eingeführt, auf Basis derer die Strategieempfehlung des FAS an die Anzahl wartender Fahrzeug angepasst wird. Zur Untersuchung des möglichen Energieeinsparpotentials durch den Einsatz eines FAS wurde ein Simulationsmodell in MATLAB/SIMULINK entwickelt. Mit dessen Hilfe konnten verschiedene Situationen dargestellt werden, an denen der Einfluss der Funkreichweite sowie die Auswirkungen der Warteschlange auf das FAS verdeutlicht werden. Ferner kann der positive Effekt auf den Kraftstoffverbrauch und die Haltezeit an der LSA bestätigt werden. Das Simulationsmodell stellt eine gute Grundlage für weiterführende Untersuchung dar und kann an unterschiedliche Situationen angepasst werden. Um den Nutzen auch praktisch zu verifizieren wird eine Reihe von Fahrversuchen durchgeführt. Dem Fahrer wird dabei die Strategie in einem Display visualisiert. Für Situationen, in denen der Fahrzeugstillstand vermeidbar ist erhält dieser eine Geschwindigkeitsempfehlung. Ist ein Stillstand nicht vermeidbar, so erfolgt unmittelbar vor der Haltelinie, die Ausgabe der Restlaufzeit der Rotphase. Bei der Versuchsauswertung wird das Einsparpotential deutlich. Durch eine entwickelte GUI wird dem Fahrer eine Strategie auf dem Display visualisiert. Innerhalb mehrerer Versuchsfahrten konnten das FAS erprobt und in der anschließenden Versuchsauswertung klar die Verbesserungen aufgezeigt werden.:Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung der Arbeit 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 System Fahrer-Fahrzeug-Verkehr 2.2 Fahrerassistenzsysteme 2.2.1 Klassifizierung nach Art der Fahrerunterstützung 2.2.2 Klassifizierung nach Fahraufgabenebene 2.2.3 Prädiktive Fahrerassistenzsysteme 2.2.4 Kreuzungsassistenz 2.3 Kooperative Systeme 2.3.1 Forschungsaktivitäten in Europa 2.3.2 Fahrerassistenzsysteme zur Reduktion der Fahrzeugemissionen 2.4 Berechnung des Kraftstoffverbrauches 2.5 Positionsbestimmung im Strassenverkehr 2.5.1 Aufbau eines Satellitennavigationssystems 2.5.2 Ablauf einer Positionsbestimmung 2.5.3 Fehlerquellen und Ursachen bei der Positionsbestimmung 2.5.4 Genauigkeit der Positionsbestimmung 2.5.5 Verarbeitung der Positionsdaten 2.6 Lichtsignalanlagen (LSA) 2.6.1 Definition wichtiger Begriffe 2.6.2 Überblick über Steuerungsverfahren 2.6.3 Umschaltung zwischen Signalprogrammen 2.6.4 Bevorrechtigungsarten für den ÖPNV 3 Analyse des bestehenden Systems 3.1 Fahrprofile zur Annäherung an LSA 3.2 Nutzen des Assistenzsystems 3.3 Ausgangslage des bisherigen Fahrerassistenzsystems 3.3.1 Phasenzyklus 3.3.2 Fahrzeugortung 3.3.3 Kommunikationsdaten des Ampelmoduls 3.3.4 Strategieansatz 3.4 Analyse der Strategieempfehlung 3.5 Optimierungsansätze 4 Erweiterter Systementwurf 4.1 Rahmenbedingungen und Vorgaben 4.2 Entscheidungssystem 4.3 Einfluss von Fahrzeugkolonnen 4.4 Effektive Freigabezeit und Rückstaulänge 4.5 Untersuchung der Geschwindigkeitsregelgrenzen 4.6 ÖPNV - Umgang mit dynamischen Signallaufzeiten 4.7 Ermittlung einer Fahrstrategie 4.8 Zusammenfassung der Optimierung 5 Simulative Untersuchung 5.1 Longitudinalmodell - Intelligent Driver Model – IDM 5.2 Modell zur Schätzung des Kraftstoffverbrauches 5.3 Aufbau des SIMULINK-Modells 5.4 Parametervariation und Ergebnisse 5.4.1 Rahmenbedingungen und Vorgaben 5.4.2 Einfluss der Funkreichweite 5.4.3 Einfluss der Pulklänge 5.5 Zusammenfassung 6 Experimentelle Untersuchung 6.1 Versuchsaufbau 6.2 Mensch Maschine Schnittstelle 6.3 Programmstruktur 6.4 Versuchsdurchführung 6.5 Ergebnis und Zusammenfassung 7 Zusammenfassung und Ausblick A Abbildungsverzeichnis B Tabellenverzeichnis C Literaturverzeichnis D AnhangIn this paper a predictive driving strategy is presented, which is generated based on car to infrastructure communication data. An actual approach for a driver assistance system has been analyzed to identify room for improvements. The additional benefit of the presented work is the consideration of other road users driving ahead of the ego-vehicle in the process of finding the optimal speed for approaching the traffic-light. A MATLAB/SIMULINK model has been developed, which allows the simulation of different traffic situations to investigate the fuel consumption benefit of a vehicle equipped with the considered system. It illustrates the influence of the radio range and the length of the queue in front of the stop line. Furthermore the positive effect to the fuel consumption of the developed system could be evaluated. The simulation model is a good basis for further tests and could be easily adapted to various situations and vehicles. In addition to the simulation, a human machine interface was developed for evaluating the advanced driver assistance system in test runs. The driver assistance system was tested in several situations to show the benefit of the system. It has been tested via multiple test runs. In the following test evaluation the improvement could clearly be shown.:Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung der Arbeit 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 System Fahrer-Fahrzeug-Verkehr 2.2 Fahrerassistenzsysteme 2.2.1 Klassifizierung nach Art der Fahrerunterstützung 2.2.2 Klassifizierung nach Fahraufgabenebene 2.2.3 Prädiktive Fahrerassistenzsysteme 2.2.4 Kreuzungsassistenz 2.3 Kooperative Systeme 2.3.1 Forschungsaktivitäten in Europa 2.3.2 Fahrerassistenzsysteme zur Reduktion der Fahrzeugemissionen 2.4 Berechnung des Kraftstoffverbrauches 2.5 Positionsbestimmung im Strassenverkehr 2.5.1 Aufbau eines Satellitennavigationssystems 2.5.2 Ablauf einer Positionsbestimmung 2.5.3 Fehlerquellen und Ursachen bei der Positionsbestimmung 2.5.4 Genauigkeit der Positionsbestimmung 2.5.5 Verarbeitung der Positionsdaten 2.6 Lichtsignalanlagen (LSA) 2.6.1 Definition wichtiger Begriffe 2.6.2 Überblick über Steuerungsverfahren 2.6.3 Umschaltung zwischen Signalprogrammen 2.6.4 Bevorrechtigungsarten für den ÖPNV 3 Analyse des bestehenden Systems 3.1 Fahrprofile zur Annäherung an LSA 3.2 Nutzen des Assistenzsystems 3.3 Ausgangslage des bisherigen Fahrerassistenzsystems 3.3.1 Phasenzyklus 3.3.2 Fahrzeugortung 3.3.3 Kommunikationsdaten des Ampelmoduls 3.3.4 Strategieansatz 3.4 Analyse der Strategieempfehlung 3.5 Optimierungsansätze 4 Erweiterter Systementwurf 4.1 Rahmenbedingungen und Vorgaben 4.2 Entscheidungssystem 4.3 Einfluss von Fahrzeugkolonnen 4.4 Effektive Freigabezeit und Rückstaulänge 4.5 Untersuchung der Geschwindigkeitsregelgrenzen 4.6 ÖPNV - Umgang mit dynamischen Signallaufzeiten 4.7 Ermittlung einer Fahrstrategie 4.8 Zusammenfassung der Optimierung 5 Simulative Untersuchung 5.1 Longitudinalmodell - Intelligent Driver Model – IDM 5.2 Modell zur Schätzung des Kraftstoffverbrauches 5.3 Aufbau des SIMULINK-Modells 5.4 Parametervariation und Ergebnisse 5.4.1 Rahmenbedingungen und Vorgaben 5.4.2 Einfluss der Funkreichweite 5.4.3 Einfluss der Pulklänge 5.5 Zusammenfassung 6 Experimentelle Untersuchung 6.1 Versuchsaufbau 6.2 Mensch Maschine Schnittstelle 6.3 Programmstruktur 6.4 Versuchsdurchführung 6.5 Ergebnis und Zusammenfassung 7 Zusammenfassung und Ausblick A Abbildungsverzeichnis B Tabellenverzeichnis C Literaturverzeichnis D Anhan

Analyse notwendiger Anforderungen an das Autonome Fahren im Automobilbereich und Übertragbarkeit auf Baumaschinen

Das autonome Fahren ist derzeit aufgrund zahlreicher aktueller Forschungs- und Entwicklungsprojekte namhafter Automobilhersteller und -zulieferer im Fokus des öffentlichen Interesses. Der stetige Fortschritt des autonomen Fahrens kann unter anderem auf der jährlich in Las Vegas stattfindenden Consumer Electronics Show (CES) festgestellt werden, welche seit einiger Zeit auch von Automobilherstellern als Plattform zur Vorstellung neuer Technologien genutzt wird. So demonstrierte die Audi AG einen A7, der vollständig autonom vom Silicon Valley eine Strecke von 900 km Länge nach Las Vegas fuhr. Darüber hinaus legen auch automobilfremde Hochtechnologiekonzerne ihr Interesse an dieser Schlüsseltechnologie offen und präsentieren eigene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Google verkündete die Forschung an einem eigenen autonomen Fahrzeug und auch Spekulationen über das Interesse von Apple wurden medial publik. Dennoch stehen die rasante Entwicklungsgeschwindigkeit und die öffentlich bereits präsentierte Funktionsfähigkeit des Autonomen Fahrens im Kontrast zu der geringen Anwendung im deutschen Straßenverkehr. In Deutschland und anderen Ländern sind bisher nur Pilotprojekte aus Forschung und Entwicklung existent. Diese unterliegen aktuell noch vielen Restriktionen. Dies macht deutlich, dass trotz der bisher erreichten Einzelerfolge dieser Technologie keine Serienreife besteht. So müssen für den tatsächlichen Einsatz des Autonomen Fahrens im Straßenverkehr technologische, soziologische sowie gesetzliche Rahmenbedingungen eingehalten, erweitert, angepasst, respektive erst noch definiert wer-den. Insbesondere im urbanen Umfeld besteht hier hoher Forschungsbedarf auch im Hin-blick auf technologische Rahmenbedingungen. Die vorliegende Arbeit soll einen Einblick über offene Fragestellungen und technologische Hürden sowie deren Bedeutung für das Autonome Fahren ermöglichen. Zudem wird ein kurzer Überblick darüber gegeben, wie dies auf den Sektor der Baumaschinen übertragbar ist.:1. Autonomes Fahren im Automobil 1.1. Stufen der Automation nach SAE-Standard J3016 1.2. Einführungsstrategien für autonome Fahrfunktionen 2. Rahmenbedingungen des Autonomen Fahrens 2.1. technologische Rahmenbedingungen 2.1.1. Umfeldwahrnehmung 2.1.2. Kooperation der Verkehrsteilnehmer 2.1.3. Hochgenaue Karten und Lokalisierung 2.1.4. Herausforderung für die Absicherung und Systemarchitektur 2.2. Soziologische Rahmenbedingungen 2.2.1. Vertrauen des Fahrers in die Technik und Fahrerüberwachung 2.2.2. Dilemmasituationen 2.3. Gesetzliche und rechtliche Rahmenbedingungen 2.3.1. ECE-R79 und Wiener Übereinkommen 2.3.2. Datenschutz und Datensicherheit 2.3.3. Haftung 3. Übertragbarkeit auf Baumaschinen 3.1. Aktuelle Entwicklungen und Beispiele 3.2. Bezug zum Automobil 3.3. Use-Case Straßenbau/Asphaltbau 3.4. Übertragbarkeit von Rahmenbedingungen 4. Fazit Quellenverzeichni

Video game practice optimizes executive control skills in dual-task and task switching situations.

We examined the relation of action video game practice and the optimization of executive control skills that are needed to coordinate two different tasks. As action video games are similar to real life situations and complex in nature, and include numerous concurrent actions, they may generate an ideal environment for practicing these skill

Surface enhanced Raman spectroscopy-based evaluation of the membrane protein composition of the organohalide-respiring Sulfurospirillum multivorans

Bacteria often employ different respiratory chains that comprise membrane proteins equipped with various cofactors. Monitoring the protein inventory that is present in the cells under a given cultivation condition is often difficult and time-consuming. One example of a metabolically versatile bacterium is the microaerophilic organohalide-respiring Sulfurospirillum multivorans. Here, we used surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) to quickly identify the cofactors involved in the respiration of S. multivorans. We cultured the organism with either tetrachloroethene (perchloroethylene, PCE), fumarate, nitrate, or oxygen as electron acceptors. Because the corresponding terminal reductases of the four different respiratory chains harbor different cofactors, specific fingerprint signals in SERS were expected. Silver nanostructures fabricated by means of electron beam lithography were coated with the membrane fractions extracted from the four S. multivorans cultivations, and SERS spectra were recorded. In the case of S. multivorans cultivated with PCE, the recorded SERS spectra were dominated by Raman peaks specific for Vitamin B12. This is attributed to the high abundance of the PCE reductive dehalogenase (PceA), the key enzyme in PCE respiration. After cultivation with oxygen, fumarate, or nitrate, no Raman spectral features of B12 were found. © 2020 The Authors. Journal of Raman Spectroscopy published by John Wiley & Sons Lt

Calycomorphotria hydatis gen. nov., sp. nov., a novel species in the family Planctomycetaceae with conspicuous subcellular structures

A novel strain belonging to the family Planctomycetaceae, designated V22$^{T}$, was isolated from sediment of a seawater fish tank in Braunschweig, Germany. The isolate forms pink colonies on solid medium and displays common characteristics of planctomycetal strains, such as division by budding, formation of rosettes, a condensed nucleoid and presence of crateriform structures and fimbriae. Unusual invaginations of the cytoplasmic membrane and filamentous putative cytoskeletal elements were observed in thin sections analysed by transmission electron microscopy. Strain V22$^{T}$ is an aerobic heterotroph showing optimal growth at 30 °C and pH 8.5. During laboratory cultivations, strain V22$^{T}$ reached generation times of 10 h (maximal growth rate of 0.069 h$^{-1}$). Its genome has a size of 5.2 Mb and a G + C content of 54.9%. Phylogenetically, the strain represents a novel genus and species in the family Planctomycetaceae, order Planctomycetales, class Planctomycetia. We propose the name Calycomorphotria hydatis gen. nov., sp. nov. for the novel taxon, represented by the type strain V22$^{T}$ (DSM 29767$^{T}$ = LMG 29080$^{T}$)