Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dem Gehirn bei der Arbeit zusehen: Neue "Bernstein-Gruppe" an der RUB

23.04.2007
BMBF fördert Forschung in "Computational Neuroscience"

In jeder Millisekunde sind im Gehirn Millionen von Nervenzellen aktiv, um den fortwährenden Informationsstrom aus der Außenwelt über Sensoren mit Prozessen der neuronalen Innenwelt zu verbinden. Wie diese hochdynamischen Prozesse ablaufen und funktionieren, untersuchen die Bochumer Neurowissenschaftler Professor Gregor Schöner, Juniorprofessor Dirk Jancke und Juniorprofessor Christian Igel. Seit März fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) dieses Projekt als "Bernstein-Gruppe" mit rund 1 Million Euro für zunächst drei Jahre. Die Bochumer Forscher sind damit Teil des nationalen Netzwerkes "Computational Neuroscience".

Theorie mit neuen experimentellen Ansätzen verbinden

Ziel des Netzwerkes ist es, die fachübergreifende Forschungsrichtung "Computational Neuroscience" in Deutschland zu stärken, um die neuronalen Grundlagen von Hirnleistungen zu verstehen - von der Verarbeitung von Sinnesreizen über Lernen bis zur kognitiven Verhaltensplanung. Die Bochumer Bernstein-Gruppe nutzt die rasant gestiegenen technischen Möglichkeiten, um komplexe Netzwerkdynamiken zu simulieren, und verbindet dies mit neuen bildgebenden Verfahren zur Darstellung von Gehirnaktivität. In den nächsten Jahren entwickeln die Forscher sowohl theoretische Modelle als auch experimentelle Ansätze zum Verständnis des Gehirns.

... mehr zu:
»Felddynamik »Nervenzelle »Population »RUB

Das Gehirn als dynamisches System

Langfristig setzt sich die Bernstein-Gruppe zum Ziel, durch ein eng verzahntes theoretisches und experimentelles Forschungsprogramm die Entstehung höherer Hirnfunktionen zu verstehen. Sie resultieren aus der kontinuierlichen neuronalen Dynamik von Nervennetzen, die Sensorik und Motorik verknüpfen und sich erfahrungsabhängig ändern. Die neuronalen Aktivitäten verlaufen innerhalb komplexer Architekturen, in denen Nervenzellen hochgradig vernetzt sind. Wie das Gehirn die Verarbeitungsprozesse autonom und stabil bewerkstelligt, ist eines der großen Rätsel neurobiologischer Forschung. Jun. Professor Jancke nutzt zur Visualisierung sich rasch ändernder Aktivitätsmuster im Gehirn ein neues optisches Verfahren. Mit Hilfe fluoreszenter Farbstoffe, deren Moleküle sich in die Membranen von Nervenzellen verankern, werden Aktivitätsänderungen durch Lichtsignale sichtbar. Die optische Messapparatur gestattet dabei den gleichzeitigen Blick auf größere Gehirnflächen. So lassen sich in Echtzeit neuronale Prozesse über weitreichende Netzwerkstrukturen erfassen.

Weitverzweigte Netzwerke

Einzelne Neurone vermitteln dabei nur wenige Informationen über die zugrundeliegenden Verarbeitungsprozesse. Vielmehr sind Nervenzellen in weitverzweigten Netzwerken organisiert, die in ihrer Gesamtheit stetig wechselnde Zustände generieren. Die Bochumer Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die komplexe Dynamik solcher Vorgänge durch Wechselwirkungen innerhalb neuronaler Populationen beschreiben lässt.

Neuronale Felder

Mathematisch kann man diese Form der Repräsentation von Information durch neuronale Populationen mit dem Begriff des "neuronalen Feldes" erfassen. So wie in der Physik das elektrische Feld jedem Raumpunkt eine Größe zuordnet, aus der die Kraft auf eine elektrische Ladung abgeleitet werden kann, so ordnet das neuronale Feld jedem möglichen Stimulus eine Größe - die Aktivierung - zu. Die zeitliche Entwicklung der Populationsaktivität modellieren die Wissenschaftler mit Differenzialgleichungen, den Felddynamiken. Sensorische Eingänge, aber auch Wechselwirkungen innerhalb der neuronalen Population tragen zur Felddynamik bei. Professor Schöner nutzt diesen theoretischen Rahmen, um zu verstehen, wie sich Menschen aus dem Fluss der visuellen Information ein Bild der Umwelt machen. Die Identifikation solcher Felddynamiken aus experimentellen Daten und Vorhersage von neuronalen Antworten auf neue Reize sind Gegenstand der Arbeiten von Juniorprofessor Igel. Die Bernstein-Gruppe legt ihren Schwerpunkt dabei auf Modelle der frühen visuellen Verarbeitung und der Beschreibung und Analyse von Lernprozessen in neuronalen Feldern.

Forschungskapazitäten bündeln

Das Rektorat der Ruhr-Universität plant, die interdisziplinär arbeitende Forschungsgruppe langfristig am Institut für Neuroinformatik zu etablieren, und hat durch diese Entscheidung im Vorfeld den Weg geebnet, um dauerhaft die enge Verzahnung zwischen theoretischen und experimentellen Neurowissenschaften an der RUB zu fördern. Die Neurowissenschaften sind seit Jahren ein fachübergreifender Forschungsschwerpunkt in Bochum und eine der tragenden Säulen im Zukunftskonzept der RUB in der Exzellenzinitiative.

Weitere Informationen

Juniorprofessor Dr. Dirk Jancke, Kognitive Neurobiologie, Fakultät für Biologie der RUB, Tel. 0234/32-24369, E-Mail: jancke@neurobiologie.rub.de

Bernstein-Gruppe: http://www.computational-neuroscience-bochum.de
Unsichtbares sichtbar gemacht: http://www.pm.rub.de/pm2004/msg00094.htm

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.computational-neuroscience-bochum.de
http://www.pm.rub.de/pm2004/msg00094.htm

Weitere Berichte zu: Felddynamik Nervenzelle Population RUB

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Bildung Wissenschaft:

nachricht Regensburger Forscher entwickeln weltweit einzigartiges Online-Mentoring-System
10.01.2018 | Universität Regensburg

nachricht Neues Virtual Reality-Labs für Medizinstudierende: Lernen mit Cyber-Herz und virtuellem Darm
10.01.2018 | Universität Ulm

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Bildung Wissenschaft >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie