INTEGRAL: science highlights and future prospects

ESA's hard X-ray and soft gamma-ray observatory INTEGRAL is covering the 3 keV to 10 MeV energy band, with excellent sensitivity during long and uninterrupted observations of a large field of view (~100 square degrees), with ms time resolution and keV energy resolution. It links the energy band of pointed soft X-ray missions such as XMM-Newton with that of high-energy gamma-ray space missions such as Fermi and ground based TeV observatories. Key results obtained so far include the first sky map in the light of the 511 keV annihilation emission, the discovery of a new class of high mass X-ray binaries and detection of polarization in cosmic high energy radiation. For the foreseeable future, INTEGRAL will remain the only observatory allowing the study of nucleosynthesis in our Galaxy, including the long overdue next nearby supernova, through high-resolution gamma-ray line spectroscopy. Science results to date and expected for the coming mission years span a wide range of high-energy astrophysics, including studies of the distribution of positrons in the Galaxy; reflection of gamma-rays off clouds in the interstellar medium near the Galactic Centre; studies of black holes and neutron stars particularly in high- mass systems; gamma-ray polarization measurements for X-ray binaries and gamma-ray bursts, and sensitive detection capabilities for obscured active galaxies with more than 1000 expected to be found until 2014. This paper summarizes scientific highlights obtained since INTEGRAL's launch in 2002, and outlines prospects for the INTEGRAL mission.Comment: 39 pages, accepted, 24 October 2011, Space Science Review

Methoden zur Vorhersage von komplexen biomolekularen Strukturen

Die erste hochaufgelöste Struktur eines Proteins wurde 1985 von John Kendrew und Max Perutz aufgelöst. Seitdem ist die experimentelle Aufklärung ein wichtiger Bestandteil der biologischen Forschung. Allerdings ist die Aufklärung der Strukturen von biomoleku- laren Komplexen sehr schwierig. Diese Strukturen sind jedoch immens wichtig für das Verständnis vieler biologischer Phänomene auf molekularer Ebene. Aus diesem Grund hat sich ein Forschungsfeld entwickelt, das computergestützte Modellierung zur Vorher- sage von biomolekularen Strukturen verwendet. In dieser Promotionsschrift sollten Methoden zur Vorhersage von komplexen biomolekularen Strukturen entwickelt werden. Diese Methoden basieren auf drei unter- schiedlichen Ansätzen: Die erste Methode wurde für Proteine entwickelt, die aus mehreren Domänen bestehen. Die Methode nutzt vorhandene Strukturen der einzelnen Domänen und experimentelle Daten, die geometrische Relationen der Domänen abbilden, und ermöglicht die Unter- suchung konformationeller Änderungen bedingt durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise das Zuführen eines Substrates. Als Fallbeispiel wurde die Konformation des flexiblen zwei-Domänen Proteins peptidylprolyl cis/trans isomerase NIMA-interacting 1 (Pin1) untersucht, sowie die Änderung als Reaktion auf die Zugabe des Substrates polyethy- lene glycol (PEG). Die zweite Methode basiert auf dem neuen Verfahren Direct Coupling Analysis (DCA), das es ermöglicht geometrische Kontakte von Aminosäuren anhand eines multiplen Sequenzalignments (MSA) vorherzusagen. DCA nutzt eine Korrektur zur Vermeidung einer Stichprobenverzerrung bedingt durch die Auswahl der Sequenzen für das MSA. Die hier vorgestellte Optimierung ermöglicht eine robustere Vorhersage der geometrischen Kontakte. Die optimierte Methode wurde für die Analyse von Human Immunodeficiency Virus-1 Envelope Protein (HIV-1 Env) eingesetzt. Die letzte Methode wurde entwickelt, um Binderegionen des negativ geladenen Heparansulfates an Proteinen vorherzusagen. Dafür haben wir ein Modell entwickelt, das auf der elektrostatischen Wechselwirkung basiert. Die Fallbeispiele sind hier ver- schiedene Heparansulfat bindenden Proteine, wie das Chemokine CCL3 und den Hedgehog Proteinen. Insgesamt wird gezeigt, dass für verschiedene Arten von biomolekularer Strukturen und Komplexe moderne computergestützte Methoden Einsichten liefern, die im Einklang mit Experimenten stehen

Low cost 3D-printed hand exoskeleton controlled by a BCI

[Abstract] The aim of this work was to build and design a low-cost active hand exoskeleton to be used in rehabilitation of post-stroke patients. The hand exoskeleton was 3D printer and it allowed an active flexion and extension of the fingers. The exoskeleton designed was powered by three servomotors which pulled tendons to shorten the distance over or under the joints. This produced a natural hand movement close to a biological one. The exoskeleton was controlled by a Brain-Machine interface (BMI) utilizing an EEG-cap for measuring the brain activity. This way, two subjects tested the whole system opening and closing the hand exoskeleton by using only their thoughts.[Resumen] El objetivo de este trabajo fue construir y diseñar un exoesqueleto de mano activa de bajo costo para ser utilizado en la rehabilitación de pacientes post-accidente cerebro vascular. El exoesqueleto de mano era una impresora 3D que permitía una flexión activa y extensión de los dedos. El exoesqueleto diseñado fue impulsado por tres servomotores que tiraban de los tendones para acortar la distancia sobre o debajo de las articulaciones. Esto produjo un movimiento natural de la mano cerca de uno biológico. El exoesqueleto fue controlado por una interfaz Brain-Machine (BMI) que utiliza una tapa EEG para medir la actividad cerebral. De esta manera, dos sujetos probaron todo el sistema abriendo y cerrando el exoesqueleto de la mano usando solo sus pensamientos

Satellite Gravity Field Recovery Using Variance-Covariance Information From Ocean Tide Models

Monthly gravity field recovery using data from the GRACE and GRACE Follow-On missions includes errors limiting the spatial and temporal resolution of the estimated gravity fields. The major error contributions, besides the noise of the accelerometer instruments, arise from temporal aliasing errors due to imperfections in the non-tidal atmospheric and oceanic de-aliasing models and ocean tide models. We derive uncertainty information for the eight major tidal constituents from five different ocean tide models and introduce it into the gravity field recovery process in terms of a constrained normal equation system while expanding the parameter space by additional tidal parameters to be adjusted. We prove the effectiveness of the ocean tide variance-covariance information through realistic simulations and we assess its potential based on microwave and laser interferometer observations from the GRACE Follow-On mission. We show that errors are reduced by more than 20% ocean wRMS for a Gaussian filter radius of 300 km if uncertainty information for ocean tides is considered and stochastic modeling of instrument errors is applied, compared to the latest GFZ release 6.1. Our results also show the limited visibility of the effectiveness of the ocean tide variance-covariance information due to the dominating error contribution of non-tidal atmospheric and oceanic mass variations. Additionally, we investigate the option of estimating ocean tide parameters over a 1-year period while including ocean tide uncertainty information in order to improve ocean tide background modeling

Satellite Gravity Field Recovery Using Variance-Covariance Information From Ocean Tide Models

Monthly gravity field recovery using data from the GRACE and GRACE Follow-On missions includes errors limiting the spatial and temporal resolution of the estimated gravity fields. The major error contributions, besides the noise of the accelerometer instruments, arise from temporal aliasing errors due to imperfections in the non-tidal atmospheric and oceanic de-aliasing models and ocean tide models. We derive uncertainty information for the eight major tidal constituents from five different ocean tide models and introduce it into the gravity field recovery process in terms of a constrained normal equation system while expanding the parameter space by additional tidal parameters to be adjusted. We prove the effectiveness of the ocean tide variance-covariance information through realistic simulations and we assess its potential based on microwave and laser interferometer observations from the GRACE Follow-On mission. We show that errors are reduced by more than 20% ocean wRMS for a Gaussian filter radius of 300 km if uncertainty information for ocean tides is considered and stochastic modeling of instrument errors is applied, compared to the latest GFZ release 6.1. Our results also show the limited visibility of the effectiveness of the ocean tide variance-covariance information due to the dominating error contribution of non-tidal atmospheric and oceanic mass variations. Additionally, we investigate the option of estimating ocean tide parameters over a 1-year period while including ocean tide uncertainty information in order to improve ocean tide background modeling

The Goodness of Simultaneous Fits in ISIS

In a previous work, we introduced a tool for analyzing multiple datasets simultaneously, which has been implemented into ISIS. This tool was used to fit many spectra of X-ray binaries. However, the large number of degrees of freedom and individual datasets raise an issue about a good measure for a simultaneous fit quality. We present three ways to check the goodness of these fits: we investigate the goodness of each fit in all datasets, we define a combined goodness exploiting the logical structure of a simultaneous fit, and we stack the fit residuals of all datasets to detect weak features. These tools are applied to all RXTE-spectra from GRO 1008−57, revealing calibration features that are not detected significantly in any single spectrum. Stacking the residuals from the best-fit model for the Vela X-1 and XTE J1859+083 data evidences fluorescent emission lines that would have gone undetected otherwise.M. Kühnel was supported by the Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie under Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt grants 50OR1113 and 50OR1207

Arbeitswelt – ein blinder Fleck in der Psychotherapie?

In den letzen 20 Jahren hat sich der Anteil der Krankschreibungen wegen psychischer und psychosomatischer Erkrankungen mehr als verdoppelt. Im gleichen Zeitraum stieg der Anteil der Frühberentungen ­wegen dieser Diagnosen kontinuierlich an, und etwa seit der Jahrtausendwende sind sie die häufigste Ursache für vorzeitiges Ausscheiden aus dem Erwerbsleben. 2014 mussten mehr als 65 000 Menschen wegen psychischer und psychosomatischer Erkrankungen vorzeitig aus dem Erwerbsleben ausscheiden – mehr als wegen orthopädischer, kardiologischer und onkologischer Erkrankungen zusammen

Die Arbeit – Lust und Last

Vivario, Korsika. Die wunderschöne Berglandschaft bei den Cascades des ­Anglais verstärkt die ausgelassene Ferienstimmung. Mitten in diesem Paradies befindet sich das Centre Hospitalier Intercommunal, wunderschön gelegen auf einer Lichtung im Kastanienwald. Der Block aus den 1960er-Jahren ist nicht wirklich einladend, aber zweckdienlich. Alles bestens, denken wir, ein Sanatorium eben. Etwas oberhalb befinden sich die kleineren Wohnhäuser der Angestellten. Der Kontrast könnte nicht größer sein: Die Farbe der Häuser blättert ab, auf den Balkonen staut sich Unrat, die Grünflächen sind ungepflegt. Unweigerlich kommt einem der Gedanke: Hat da jemand sein eigenes Leben vergessen