Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Informationsverarbeitung im Gehirn

Mit experimentellen und theoretischen Methoden sowie Computersimulationen untersuchen wir die Prozesse, die uns wahrnehmen, entscheiden, handeln und lernen lassen. Viele unserer wissenschaftlichen Erkenntnisse haben wesentliche Grundlagen in der KI-Forschung geschaffen und werden diese Disziplin auch in Zukunft mitprägen. Neben den drei Forschungsabteilungen Computational Neuroscience (Direktor: Peter Dayan), Hochfeld-Magnetresonanz (Max-Planck-Fellow: Klaus Scheffler) und Sensorische & Sensomotorische Systeme (Max-Planck-Fellow: Li Zhaoping) bestehen verschiedene unabhängige Forschungsgruppen.

 

Abteilungen

Computational Neuroscience

Computational Neuroscience

Direktor: Dr. Peter Dayan

Einer der Forschungsschwerpunkte dieser Abteilung ist die Frage, wie das Gehirn Entscheidungen trifft. Sie erstellt dazu verschiedene Lernformen mit theoretischen Modellen, darunter das sogenannte Verstärkende Lernen. Auf Basis von Statistik- und Programmierungsmethoden können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Abteilung Lern- und Entscheidungsvorgänge am Computer simulieren. Darüber hinaus analysieren sie, wie eine gestörte Entscheidungsfindung zu Erkrankungen wie Depression, Sucht sowie Angst, Zwangs- und Persönlichkeitsstörungen führen können. So wollen sie den psychologischen und neuronalen Blick auf solche Erkrankungen miteinander verbinden und dadurch mehr über die Ursachen, Klassifizierung und mögliche Behandlung dieser Erkrankungen lernen.
Sensorische und sensomotorische Systeme

Sensorische und sensomotorische Systeme

Leitung: Prof. Dr. Zhaoping Li

Die Abteilung für sensorische und sensomotorische Systeme, sie nennt sich auch das Natural Intelligence Lab, ist seit Oktober 2018 Teil des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik. Sie wird von Prof. Dr. Zhaoping Li geleitet. Ihre neurowissenschaftliche Forschung will erkennen und verstehen, wie das Gehirn sensorische Reize (visuell, auditiv, taktil, olfaktorisch) aufnimmt und verarbeitet, und wie es anschließend diese Informationen nutzt, um Körperbewegungen zu steuern und kognitive Entscheidungen zu treffen.
Hochfeld-Magnetresonanz

Hochfeld-Magnetresonanz

Leitung: Prof. Dr. Klaus Scheffler

Ziel ist die Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetresonanztechniken bei sehr großen Feldstärken, um die anatomische und funktionelle Mikrostruktur des Gehirns zu untersuchen. Man will verstehen, wie physiologische Prozesse und Mikrostrukturen das gemessene Kernresonanzsignal beeinflussen und wie diese magnetischen Fingerabdrücke für die Messung von Denkprozessen und Gehirnaktivierung verwendet werden können. Die Magnetresonanz-Bildgebung ist gegenwärtig die einzige Methode, die bei Verwendung von ultra-hohen Magnetfeldern Denkprozesse des gesamten menschlichen Gehirns mit einer räumlichen Auflösung von einem Millimeter und einer zeitlichen Auflösung von einer Sekunde erfassen kann.

Forschungsgruppen

Dynamic Cognition Group

Dynamic Cognition Group

Forschungsgruppenleiter: Dr. Assaf Breska

Die Forschungsgruppe verbindet die Bereiche der zeitbezogenen Wissensverarbeitung, des Lernens, der Aufmerksamkeit und des vorausschauenden Handelns mit dem Ziel, ein neurokognitives Modell der dynamischen Wissensverarbeitung zu entwickeln. Sie interessiert sich dafür, wie Wahrnehmung, Kognition und Handlung innerhalb eines zeitlichen Koordinatensystems ineinandergreifen und wie eine vorausschauende Informationsverarbeitung im Gehirn den Zeitaspekt zusammen mit anderen Dimensionen einbezieht. 
Systems Neuroscience & Neuroengineering

Systems Neuroscience & Neuroengineering

Forschungsgruppenleitende: Jennifer Li, PhD, Drew Robson, PhD

Die gemeinsame Forschungsgruppe von Jennifer Li und Drew Robson entwickelt neue bildgebende Verfahren, um die neuronale Aktivität freischwimmender Zebrafische im Larvenstadium abzubilden. Ziel ist es, ein besseres Verständnis über die Mechanismen zu gewinnen, die im Gehirn für die Motivation und die Aufmerksamkeit verantwortlich sind. Die Forschungsgruppe untersucht die zustandsabhängige Regulierung von Entscheidungsprozessen im Gehirn während natürlicher Verhaltensweisen wie Navigation, Futtersuche und operantem Lernen. Das Zusammenspiel neuromodulatorischer Systeme und Gehirnzustände ist von besonderem Interesse.
Translationale sensorische und zirkadiane Neurowissenschaften

Translationale sensorische und zirkadiane Neurowissenschaften

Forschungsgruppenleiter: Dr. Manuel Spitschan

Die Max-Planck-Forschungsgruppe Translationale sensorische und zirkadiane Neurowissenschaften hat sich das Ziel gesetzt, die Auswirkungen von Licht auf die menschliche Physiologie und das Verhalten zu verstehen. Licht beeinflusst unsere Physiologie und unser Verhalten. So kann beispielsweise nächtliche Lichtexposition die Produktion des Hormons Melatonin unterdrücken und unseren körpereigenen zirkadianen Rhythmus verschieben. Da Licht einen großen Einfluss auf das zirkadiane System des Menschen hat - und insbesondere die damit verbundenen negativen Auswirkungen am Abend und in der Nacht - ist die Veränderung der Lichtexposition ein interessantes Thema für weitere Analysen und Maßnahmen der Intervention. 
Computational Principles of Intelligence

Computational Principles of Intelligence

Forschungruppenleiter: Dr. Eric Schulz

Die Max-Planck-Forschungsgruppe "Computational Principles of Intelligence" ist ein interdisziplinäres Team, das die formalen Grundlagen menschlichen Denkens und Handelns erforscht. Obwohl die derzeitigen Fortschritte in der künstlichen Intelligenz beachtlich sind, vom Schlagen des Weltmeisters im Strategiespiel "Go" bis zu selbstfahrenden Autos, gibt es dennoch keine Algorithmen, die wie wir Menschen universell Probleme lösen können. So will man herausfinden, welche Prinzipien diesen und anderen adaptiven Verhaltensweisen unterliegen. 
Brain States for Plasticity

Brain States for Plasticity

Forschungsgruppenleiterin: Dr. Svenja Brodt

Die Forschungsgruppe will verstehen, wie Informationen im menschlichen Gehirn enkodiert und gespeichert werden, und wie verschiedene Gehirnzustände diesen Prozess beeinflussen. Hauptinteressen sind die schnelle neokortikale Gedächtnisbildung sowie die Gedächtnisbildung und -konsolidierung im Schlaf. Außerdem werden Möglichkeiten erforscht, nichtinvasiv im Menschen Rückschlüsse auf den Ort zu ziehen, an dem Gedächtnisinhalte permanent gespeichert werde.
 
Kognitive Neurowissenschaften & Neurotechnologie

Kognitive Neurowissenschaften & Neurotechnologie

Forschungsgruppenleiterin: Dr. Romy Lorenz

Unsere Forschungsgruppe untersucht die Funktion des frontoparietalen kortikalen Netzwerks in menschlicher Kognition. Dafür verfolgt unsere Gruppe ein interdisziplinäres Forschungsprogramm, das es ermöglicht, dieses Gehirnsystem auf mehreren Granularitätsebenen unter Einsatz modernster Technologie zu untersuchen. Unsere Methodik umfasst subjektspezifische Brain-Computer-Interface Technologie, fMRT bei 3T und ultrahoher (d.h. 7T und 9.4T) Magnetfeldstärke (zur Auflösung von kortikalen Schichten), EEG, nicht-invasive Hirnstimulation sowie computerbasierte Modellierung und maschinelles Lernen.
Molekulare Signalübertragung

Molekulare Signalübertragung

Forschungsgruppenleiter: Dr. Robert Ohlendorf

Die Forschungsgruppe untersucht, wie molekulare Signale komplexe biologische Systeme wie das Gehirn von Säugetieren prägen. Zu diesem Ziel werden Methoden entwickelt und angewendet, die Signalmoleküle im Gehirn in Echtzeit visualisieren und so erlauben, deren Zusammenspiel zu beobachten. Die Kombination modernster bildgebender Verfahren ermöglicht es, grundlegende molekulare Aspekte der Gehirnfunktion von Säugetieren in Modellorganismen zu untersuchen und Rückschlüsse auf gesunde und pathologische Gehirnzustände beim Menschen zu ziehen. Die Gruppe nutzt auch synthetische Biologie und Protein-Engineering, um neue Werkzeuge zur Messung und Steuerung biologischer Prozesse zu entwickeln.
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