Signature of a non-harmonic potential as revealed from a consistent shape and fluctuation analysis of an adherent membrane

The interaction of fluid membranes with a scaffold, which can be a planar surface or a more complex structure, is intrinsic to a number of systems - from artificial supported bilayers and vesicles to cellular membranes. In principle, these interactions can be either discrete and protein mediated, or continuous. In the latter case, they emerge from ubiquitous intrinsic surface interaction potentials as well as nature-designed steric contributions of the fluctuating membrane or from the polymers of the glycocalyx. Despite the fact that these nonspecific potentials are omnipresent, their description has been a major challenge from experimental and theoretical points of view. Here we show that a full understanding of the implications of the continuous interactions can be achieved only by expanding the standard superposition models commonly used to treat these types of systems, beyond the usual harmonic level of description. Supported by this expanded theoretical framework, we present three independent, yet mutually consistent, experimental approaches to measure the interaction potential strength and the membrane tension. Upon explicitly taking into account the nature of shot noise as well as of finite experimental resolution, excellent agreement with the augmented theory is obtained, which finally provides a coherent view of the behavior of the membrane in a vicinity of a scaffold.Comment: 15 pages, 12 figures, accepted by Physical Review

Diagrams and symmetry in polaritonic coupled cluster theory

We present a diagrammatic notation to derive the quantum-electrodynamic coupled cluster (QED-CC) equations needed for the description for polaritonic ground and excited states. Our presented notation is a generalization of the existing diagrammatic notation of standard electronic coupled-cluster theory. Further, we discuss point-group symmetry inside a cavity and its exploitation within a QED-CC code for efficiency and the targeted treatment of excited states

Aphantasie: Fakt oder Fiktion? : Experimentell-neurowissenschaftliche Untersuchungen zur Charakterisierung von Personen ohne sensorisches Vorstellungsvermögen

Aphantasie beschreibt die Abwesenheit oder merkliche Reduktion des sensorischen Vorstellungsvermögens und ist somit in ihrer Extremform ein einzigartiges natürliches Knock-Out-Modell zur Untersuchung der Einflüsse des sensorischen Vorstellungsvermögens auf unterschiedliche neurokognitive, -affektive und -sensorische Funktionen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden 11 Studien durchgeführt, um durch experimentelle und zum Teil neurowissenschaftliche Untersuchungen das Phänomen der Aphantasie zu charakterisieren, Aphantasisten von Nicht-Aphantasisten abzugrenzen und ein neurobehaviorales Profil von Personen mit Aphantasie zu erstellen. In den Studien 1 und 2 wurden Auswirkungen auf die Performanz in visuellen Suchaufgaben, in Studie 3 Auswirkungen auf das verbale und visuelle Kurz- und Langzeitgedächtnis und in den Studien 4 und 5 Auswirkungen auf die Gesichtserkennung in Abhängigkeit der Aufgabenschwierigkeit sowie bei verbaler Interferenz untersucht. Studie 6 beschäftigte sich mit den neuronalen Grundlagen autobiographischer Gedächtnisdefizite bei Aphantasie und Studie 7 untersuchte, inwiefern auch empathische Prozesse durch das Vorstellungsvermögen beeinflusst werden. Die Studien 8 bis 11 tragen zur Einordnung von Aphantasie hinsichtlich Krankheitswertigkeit, Beeinträchtigungen im Alltag und Beeinträchtigung nicht-visueller Vorstellungsmodalitäten bei. Die Ergebnisse der Studien zeigen, dass das visuelle Vorstellungsvermögen sowohl als Top-Down-Strategie bei der visuellen Suche als auch als Gedächtnisstrategie genutzt werden kann. Defizite durch die Abwesenheit des sensorischen Vorstellungsvermögens werden vor allem bei erhöhter Aufgabenschwierigkeit deutlich, nicht aber wenn feature-basierte Prozesse gefordert werden, das heißt Prozesse, die sich nur auf einzelne Merkmale eines komplexen visuellen Reizes beziehen (z. B. die Nase in einem Gesicht). Die Ergebnisse zu den neuronalen Grundlagen von autobiographischen Gedächtnisdefiziten bei Aphantasie deuten auf eine Beteiligung des Hippocampus und des visuellen Kortex beim Abruf episodischer Gedächtnisinhalte hin. Unsere Befunde konnten zeigen, dass bei Personen mit Aphantasie diese Netzwerke im Vergleich zu Nicht-Betroffenen dahingehend verändert sind, dass der Hippocampus hypo- und der visuelle Kortex hyperaktiviert ist. Eine Erklärung für autobiographische Gedächtnisdefizite bei Aphantasie könnte somit sein, dass potenzielle Vorstellungssignale im visuellen Kortex aufgrund der Hyperaktivierung untergehen. Dennoch zeigen sich im Alltag von Personen mit Aphantasie kaum Beeinträchtigungen (z. B. in der Schule), obwohl eine Teilstichprobe von 34.7 % von Leidensdruck berichtet. Dieser resultiert jedoch nicht zwangsläufig aus der Aphantasie, sondern kann auch durch Drittvariablen verursacht werden. Weitere Ergebnisse deuten darauf hin, dass auch nicht-visuelle Vorstellungsmodalitäten bei Aphantasie betroffen sind und in Zukunft stärker untersucht werden sollten. Insgesamt trägt die vorliegende Arbeit zur Erweiterung des neurobehavioralen Profils von Aphantasie bei, aus dem zukünftige Fragestellungen abgeleitet werden können. So bleibt zum gegenwärtigen Zeitpunkt beispielsweise noch offen, inwiefern sich Aphantasie auf die Wirksamkeit imaginativer Therapieverfahren auswirkt und welche neurochemischen Prozesse dem Vorstellungsvermögen zugrunde liegen. Es werden zwei Stage 1 Registered Reports vorgestellt, die diese Fragestellungen beantworten sollen. Ziel ist unter anderem die experimentelle Manipulation des sensorischen Vor-stellungsvermögens, welche schlussendlich auch Personen mit Aphantasie Einblicke in das sensorische Vorstellungsvermögen ermöglichen könnte.Aphantasia: Fact or fiction? Experimental-neuroscientific studies on the characterization of persons without sensory mental imagery Aphantasia describes the absence or marked reduction of sensory mental imagery and is thus, in its extreme form, a unique natural knock-out model for investigating the influences of sensory mental imagery on different neurocognitive, -affective and -sensory functions. In the present dissertation, 11 studies were conducted to characterize the phenomenon of aphantasia through experimental and partly neuroscientific investigations, to differentiate aphantasics from non-aphantasics, and to create a neurobehavioral profile of individuals with aphantasia. Studies 1 and 2 investigated effects on performance in visual search tasks, Study 3 investigated effects on verbal and visual short- and long-term memory, and Studies 4 and 5 investigated effects on face recognition as a function of task difficulty and verbal interference. Study 6 dealt with the neural basis of autobiographical memory deficits in aphantasia and Study 7 investigated the extent to which empathic processes are also influenced by the ability to create mental imagery. Studies 8 to 11 contribute to the classification of aphantasia in terms of pathological significance, impairment in daily life and impairment of non-visual mental imagery modalities. The results of the studies show that visual imagery can be used both as a top-down strategy in visual search and as a memory strategy. Deficits due to the absence of sensory imagery are particularly evident when the task is more difficult, but not when feature-based processes are required, i.e. processes that only relate to individual features of a complex visual stimulus (e.g., the nose in a face). The results on the neural basis of autobiographical memory deficits in aphantasia indicate an involvement of the hippocampus and the visual cortex in the retrieval of episodic memory content. Our findings showed that these networks are altered in individuals with aphantasia compared to non-aphantasic individuals in that the hippocampus is hypo-activated and the visual cortex is hyperactivated. One explanation for autobiographical memory deficits in aphantasia could therefore be that potential imagery signals are lost in the visual cortex due to a bad signal-to-noise ratio. Nevertheless, there are hardly any impairments in the everyday lives of people with aphantasia (e.g., at school), although a sub-sample of 34.7 % reported suffering. However, this does not necessarily result from aphantasia, but can also be caused by third-party variables. Further results indicate that non-visual mental imagery modalities are also affected in aphantasia and should be investigated more closely in the future. Overall, the present dissertation contributes to the expansion of the neurobehavioral profile of aphantasia, from which future questions can be derived. For example, the extent to which aphantasia affects the effectiveness of mental imagery-based therapy methods and which neurochemical processes underlie the ability to visualize remain open questions at the present time. Two Stage 1 Registered Reports will be presented that aim to answer these questions. One of the aims is the experimental manipulation of sensory mental imagery, which could ultimately give people with aphantasia insights into the process of sensory imagination

Multifaceted mitochondria: moving mitochondrial science beyond function and dysfunction.

Mitochondria have cell-type specific phenotypes, perform dozens of interconnected functions and undergo dynamic and often reversible physiological recalibrations. Given their multifunctional and malleable nature, the frequently used terms 'mitochondrial function' and 'mitochondrial dysfunction' are misleading misnomers that fail to capture the complexity of mitochondrial biology. To increase the conceptual and experimental specificity in mitochondrial science, we propose a terminology system that distinguishes between (1) cell-dependent properties, (2) molecular features, (3) activities, (4) functions and (5) behaviours. A hierarchical terminology system that accurately captures the multifaceted nature of mitochondria will achieve three important outcomes. It will convey a more holistic picture of mitochondria as we teach the next generations of mitochondrial biologists, maximize progress in the rapidly expanding field of mitochondrial science, and also facilitate synergy with other disciplines. Improving specificity in the language around mitochondrial science is a step towards refining our understanding of the mechanisms by which this unique family of organelles contributes to cellular and organismal health.S

Verständlichkeit des bundeseinheitlichen Medikationsplans bei chronisch Kranken

Fragestellung: Im Oktober 2016 wurde ein bundeseinheitlicher Medikationsplan (MP) gesetzlich vorgeschrieben. In dieser Studie wurde die Verständlichkeit des Medikationsplans bei chronisch Kranken mit Polymedikation untersucht. Methoden: In die Querschnittsstudie wurden 100 Patienten eingeschlossen, die mit einer Dauermedikation von mindestens fünf Arzneimitteln behandelt wurden. Davon hatten 50 Patienten die Diagnose einer chronischen Herzinsuffizienz (CHF) und 50 Patienten die Diagnose eines Diabetes mellitus Typ 2 (DMT2). Es wurde ein strukturiertes Interview zur Handhabung des MP durchgeführt, die Patienten wurden nach ihrer Meinung zu dem MP befragt und die Beurteilung des Verständnisses des MP wurde durch das Befüllen von Dosierhilfen bewertet. Zur quantitativen Einschätzung der Handhabung des MP wurde ein Score-System entwickelt, der sogenannte ET-MP-Score („Evaluation Tool to test the handling oft he Medication Plan“). Zusätzlich wurden die Patienten mittels der PHQ-9-, Mini-Cog- und G9-EHFScBs-9- Fragebögen auf Zeichen einer Depression, einer kognitiven Beeinträchtigung und bei den chronisch Herzkranken auf das vorhandene Gesundheitsbewusstsein getestet. Ergebnisse: Nur jeder dritte Patient (32%) war in der Lage, anhand des MP die richtige Dosierung der sechs Arzneimittel (Wochentag, Tageszeit, Dosis) korrekt umzusetzen (ET-MP-Score >90%). Der mittlere ET-MP-Score lag bei 73 ± 27%. Zwischen den beiden Patientengruppen mit CHF und DMT2 ergab sich im Hinblick auf das Verständnis des MP kein relevanter Unterschied. Faktoren, die Einfluss auf den ET-MP-Score hatten, waren ein höheres Alter (≥ 70, p < 0,01), eine geringere Bildung (< 10 Jahre Bildung, p < 0,01), eine kognitive Beeinträchtigung (p < 0,001) und die Tatsache, ob Arzneimittel des MP vorher bekannt waren oder nicht (p ≤ 0,03). Keinen signifikanten Einfluss auf den ET-MP-Score hatten die Anzahl der täglichen Tabletten, die Lebenssituation, das Geschlecht, der Charlson Komorbiditätsindex, das Vorhandensein einer Depression, der Gebrauch einer Dosierhilfe oder das vorherige Benutzen eines MP. Schlussfolgerung: Die Studie zeigt, dass Patienten mit CHF oder DMT2 und Polymedikation Probleme im Umgang mit dem MP haben, unabhängig von der jeweils chronischen Erkrankung. Ein höheres Alter, ein geringerer Bildungsgrad und eine kognitive Beeinträchtigung stellten Risikofaktoren für Patienten im Hinblick auf eine korrekte Umsetzung des MP dar. Patienten mit diesen Risikofaktoren benötigen zusätzliche Unterstützung bei der Handhabung des MP.Purpose: A standardized medication plan (MP) was recently enacted into German Law. Its comprehensibility in the hands of patients with chronic diseases requiring polymedication is incompletely understood. Patients and methods: 100 patients who took at least five medicines regularly were prospectively included in a cross-sectional study: 50 patients with chronic heart failure (CHF) and 50 patients with diabetes mellitus type 2 (DMT2). We performed a structured test-scenario regarding handling of a provided MP, requested patients’ opinion and evaluated the execution of the information on the MP by filling pill boxes. An established weighted scoring system, the “Evaluation Tool to test the handling of the Medication Plan” (ET-MP) was applied to quantitate the ability of the patients to handle the MP. In addition, signs of depression, cognitive function and self-care behavior in chronic heart failure were characterized using the PHQ-9, Mini-Cog, G9-EHFScB-9 questionnaires, respectively. Results: The understanding of the MP was poor irrespective of the underlying condition. Only 32% of all patients were able to handle the MP without difficulties (ET-MP score >90%), the mean ET-MP score was 73±27%. Understanding of the MP was similar between patients with CHF and DMT2. Understanding the MP was better in patients aged <70 years compared to ≥70 years (p<0.01). Patients ≥10 years of education achieved higher ET-MP results (84±22%) than patients with <10 years of education (68±27%, p<0.01). Patients with signs of cognitive impairment exhibited significantly lower ET-MP scores (61±27%) than patients without cognitive impairment (80±24%, p<0.001). There were no significant correlations of ET-MP score with number of daily medications, living situation, sex, the Charlson Comorbidity Index, the PHQ-9 score, and usage of a dosing aid or possession of a medication list. Conclusion: The study shows that many patients with CHF or DMT2 on polymedication exhibit problems using the MP irrespective of the compared chronic diseases. Higher age, lower education and cognitive impairment identify patients with high risk of problems with the MP that require additional assistance