Die AG Memmesheimer stellt sich vor

Neuronale Netzwerkdynamik und Informationsverarbeitung

In den Forschungsprojekten der Arbeitsgruppe Neuronale Netzwerkdynamik und Informationsverarbeitung geht es darum, auf neurobiologische Fragen mit quantitativen Methoden der theoretischen Biologie, der theoretischen Physik, der angewandten Mathematik und der Informatik eine Antwort zu finden. Zu diesem Zweck kombinieren wir analytische Methoden mit zum Teil aufwändigen numerischen Simulationen. Ein wesentlicher Schwerpunkt ist die Beziehung zwischen kleinskaliger nicht linearer Signalübertragung und großskaliger kollektiver Gehirnaktivität. Auf lange Sicht soll dadurch ein Verständnis emergenter kognitiver (Verhaltens-)Prozesse erreicht werden.

Forschungstitel

Ich interessiere mich für die Rechenkapazitäten und dynamischen Eigenschaften von neuronalen Netzwerken. Genauer gesagt interessiere ich mich für Lernalgorithmen, die an der Schnittstelle zwischen Neurowissenschaften und maschinellem Lernen liegen, wie Lernen ohne Parameterveränderung (dynamisches Lernen) und störungsbasiertes Lernen. Um ihre Funktionsweise zu verstehen, verwende ich Methoden aus der Physik. Außerdem habe ich mich mit dem Problem beschäftigt, wie Erinnerungen trotz ständiger Veränderungen der Verbindungsstärken erhalten bleiben können, und mit den Auswirkungen von epilepsiebedingten Veränderungen auf die Netzwerkfunktion. Das letztgenannte Projekt wurde in Zusammenarbeit mit dem Experimentallabor von Heinz Beck durchgeführt.

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Zusammenfassung der Forschung

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Zusammenfassung der Forschung

Modellierung der Dynamik, Funktion und Evolution von frühesten Nervensystemen

Das menschliche Gehirn ist das Resultat eines Millionen von Jahren andauernden Evolutionsprozesses. In unserer Arbeit untersuchen wir den Beginn dieses Prozesses am Beispiel von Quallen. Vieles deutet darauf hin, dass sie unsere entferntesten Verwandten mit Neuronen ähnlich den unseren sind. Wir modellieren ihre Nervensysteme, analysieren deren Dynamik und studieren, wie sie sich unter Selektionsdruck evolutionär entwickeln. Dabei erstrecken sich unsere Betrachtungen von einzelnen Neuronen bis hin zum Verhalten einer Modellqualle in einer hydrodynamischen Umgebung. Ziel unserer Forschung ist es, ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie aus einfachen neuronalen Netzwerken im Laufe der Evolution komplexe Strukturen wie unser Gehirn entstanden sind.

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Zusammenfassung der Forschung