Gemeinsam das Hirn verstehen: 2. Runde Transatlantischer Kooperationen in Computational Neuroscience

Die Projekte zeichnen sich durch eine enge Verzahnung experimenteller und theoretischer Ansätze bei der Erforschung des Gehirns aus. Dies ist die zweite Runde einer gemeinsamen Deutsch-Amerikanischen Förderinitiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), der National Science Foundation (NSF) und des National Institutes of Health (NIH).

Die geförderten Projekte bearbeiten folgende Themen:

Für Migräneanfälle sind vermutlich krankhaft langanhaltende Nervenentladungen in der Großhirnrinde verantwortlich. Dr. Markus Dahlem von der Technischen Universität Berlin möchte mit Kollegen der Pennsylvania State University, College State, herausfinden, ob sich diese durch den Einfluss Regelkreis-gesteuerter elektrischer Felder kontrollieren lassen. Dies werden sie sowohl im Computer- als auch im Tiermodell untersuchen.

Hirnaktivitätsmuster, die mittels bildgebender Verfahren gemessen wurden, unterscheiden sich selbst bei identischer Stimulation zwischen Individuen. Dr. Michael Hanke von der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg möchte dafür gemeinsam mit Kollegen vom Dartmouth College, Hanover, und der Princeton University, Princeton, neue Methoden zu besseren Vergleichbarkeit erarbeiten. Damit sollen individuelle Muster ineinander übersetzt und analysiert werden und sogar intrinsische Prozesse wie soziale Kognition vergleichbar werden.

Wie schafft es das Gehirn, die dreidimensionale Welt aus der zweidimensionalen Abbildung auf unserer Netzhaut so perfekt zu rekonstruieren? Prof. Roland Fleming der Justus-Liebig-Universität Gießen und seine Kollegen von der Yale University, New Haven, prüfen, ob Zellen, welche die Intensitätsverläufe in einem Bild erkennen, uns die dreidimensionale Wahrnehmung der Welt ermöglichen. Psychophysische Experimente und Computermodelle sollen dabei zum Einsatz kommen.

Sinnessysteme müssen hocheffizient komplexe Muster und Eigenschaften aus einer riesigen Zahl an Informationen filtern. Wie dies im Riechkolben geschieht, werden Dr. Andreas Schaefer vom Max-Planck-Institut für medizinische Forschung, Heidelberg, gemeinsam mit Forschern der Cornell University, Ithaca, untersuchen. Unter anderem mit optogenetischen Verfahren wird die Funktion hemmender Zellen bei der Kontrastverschärfung von Informationen untersucht.

Wie hängen Struktur und Funktion im dendritischen Teil einer Nervenzelle zusammen? Das möchten Prof. Stefan Remy vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen, Bonn, und Wissenschaftler von der Northwestern University, Evanston, der Stanford University, Stanford, und dem Janelia Farm Research Campus HHMI, Ashburn, klären. Mit einer Kombination neuartiger mikroskopischer Verfahren werden sie Zellen des Hippocampus untersuchen, die für Erinnerung und weitere kognitive Prozesse eine wichtige Rolle spielen.

Wie schafft es das Gehirn mit denselben Neuronen viele unterschiedliche Leistungen zu erbringen? Prof. Cornelius Schwarz vom Werner Reichardt Zentrum für Integrative Neurowissenschaften, Tübingen, wird mit Wissenschaftlern der Georgia Tech and Emory University, Atlanta, diese Frage anhand des Tasthaarsystems der Ratte untersuchen. Mit Hilfe statistischer Modelle soll die neuronale Kodierung beschrieben werden. Damit versuchen die Forscher aufzuzeigen, wie Sinnesleistungen an momentane Wahrnehmungsanforderungen angepasst werden.

In der ersten Förderrunde 2010 waren fünf Projekte für eine Förderung mit insgesamt 3,4 Millionen Euro ausgewählt worden. In Deutschland sind die Projekte in das Nationale Bernstein Netzwerk für Computational Neuroscience (NNCN) integriert. Das NNCN wurde vom BMBF mit dem Ziel gegründet, die Kapazitäten im Bereich der neuen Forschungsdisziplin Computational Neuroscience zu bündeln, zu vernetzen und weiterzuentwickeln. Das Netzwerk ist benannt nach dem deutschen Physiologen Julius Bernstein (1835-1917).