Lebens- und Neurowissenschaften - Übersicht
Das Leben und das Gehirn verstehen
Die Biowissenschaften konzentrierten sich ursprünglich auf die Beobachtung von Naturphänomenen; heute spielen quantifizierbare Daten eine immer größere Rolle. Sie sind die Grundlage für Algorithmen und Modelle und helfen, das Leben besser zu verstehen.
Eine der komplexesten Strukturen auf der Erde ist das Gehirn. Es besteht aus einem Netzwerk von mehreren Milliarden Nervenzellen (Neuronen). Wir wollen verstehen, wie aus ihrem Zusammenspiel kognitive Fähigkeiten entstehen.
Lebenswissenschaften
Die moderne Biologie ist immer mehr durch mathematische und quantitative Ansätze geprägt – in keiner anderen Disziplin wachsen die Herausforderungen an Theorie, Modellbildung und Simulation so schnell wie in den Lebenswissenschaften.
Atome ballen sich zu Molekülen zusammen, molekulare Netzwerke lösen Zellreaktionen aus, und das Zellverhalten ist wiederum für den Gewebeaufbau verantwortlich. Die Entwicklung von Theorien zur Organisation von molekularen und zellübergreifenden Netzwerken ist daher ein Forschungsinteresse am FIAS.
Forschungsschwerpunkte
- Analyse, Visualisierung, Modellierung und Simulation von Zellbewegungen.
- Innere Signalprozesse; Interaktionen von Zellen miteinander und ihrer chemischen und mechanischen Umgebung.
- Personalisierte Medizin: Computermodelle für ein ganzheitliches Verständnis über Infektionskrankheiten und deren Übertragung.
Neurowissenschaften
Wir erforschen, wie das Gehirn Netzwerke bildet und sich selbstständig an immer neue Gegebenheiten anpasst. Um diese dynamischen Netzwerke zu beschreiben und zu verstehen, genügt die Sprache der Biowissenschaften nicht mehr. Hier helfen ausgefeilte mathematische Modelle und Verfahren, beispielsweise aus der Physik.
Computermodelle der komplexen Informationsverarbeitungsprozesse im Gehirn erleichtern das Verständnis seiner Funktionsweise und Organisation. Nur so werden Fortschritte bei der Entwicklung immer besserer Informationsverarbeitungssysteme mittels künstlicher Intelligenz möglich.
Forschungsschwerpunkte
- Mathematische Untersuchung hoch-dimensionaler Aktivitätsmuster, die in bestimmten neuronalen Netzwerken bei Menschen und Tieren bei kognitiven und ausführenden Prozessen auftreten (enge Zusammenarbeit mit experimentellen Partnerinstitutionen).
- Simulation biologisch inspirierter neuronaler Netzwerke, um besser zu verstehen, wie es das Gehirn Sehen, Lernen, Verstehen und Bewegung ermöglicht.
- Implementation des Gelernten in moderne Robotorsysteme.
