Computational Neuroscience

Die Essenz der Forschungsagenda des ELSC: Das theoretische und rechnergestützte Modell

ELSC ist einer der wenigen Orte auf der Welt, die sich der Gehirnforschung annähern, indem sie verschiedene Disziplinen in einen theoretischen Rahmen integrieren, der alle Bereiche der zu untersuchenden Forschung umfasst. Dieser zukunftsweisende Ansatz wendet das Prinzip von Aristoteles an: "Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile." Alle Forschungsprojekte sind miteinander verbunden - jedes einzelne im Fokus; Jeder trägt zu einem besseren Verständnis des Gehirns und seiner Funktionsweise bei; alle sind miteinander verbunden.

Die ELSC-Untersuchungsphilosophie - gleichzeitig allgemein und spezifisch; tief detailliert und kreativ umfassend - regt einfallsreiche Denkprozesse an, die die Suche nach einzigartigen Lösungen für angeblich unlösbare wissenschaftliche Dilemmata anregen. Die multidisziplinären Teams von ELSC integrieren Wissen aus einer Vielzahl von scheinbar nicht miteinander verwandten wissenschaftlichen Fachgebieten - Biologie, Biowissenschaften, Physik, Informatik, Mathematik, Statistik, Psychologie und Medizin - und fassen die unterschiedlichen Komponenten zu einem Gesamtschema zusammen.

Das charakteristische theoretische und rechnergestützte Modell von ELSC bildet den Kern dieses Konzepts und leitet die innovative und interaktive Erforschung der Mechanismen menschlichen Verhaltens; genetische, molekulare und zelluläre Mechanismen, neuronale Schaltungsmechanismen und das Gehirnnetzwerk als Grundlage des Verhaltens.

Diese Disziplin - eine Kombination aus theoretischer Physik, fortgeschrittener Mathematik und hochentwickelter Computertechnologie - unterstützt ELSC-Wissenschaftler bei ihrer Forschung, indem sie leistungsfähige Modelle funktionierender neuronaler Netze erstellt. ELSC konzentriert sich auf die Untersuchung von Berechnungen in neuronalen Schaltkreisen, gestützt durch die Annahme, dass ein hochauflösendes Verständnis lokaler neuronaler Schaltkreise - von Genen über Neuronen bis hin zu Synapsen - in Kombination mit einer globalen Theorie der Rechenprinzipien des Gehirns zu einem umfassenden Verständnis der Gehirnmechanismen führen könnte . Diese Ansätze sind besonders nützlich für die Überbrückung der verschiedenen Beschreibungsebenen und -skalen, von der molekularen Skala über einzelne Neuronen bis hin zu lokalen Schaltkreisen, großen neuronalen Netzwerken und Verhalten.

Genetische, molekulare und zelluläre Mechanismen

Die interdisziplinären Methoden, die Genomik, Proteomik und Bioinformatik integrieren, sind ein relativ neuer und leistungsfähiger Ansatz, um die molekularen Mechanismen zu entschlüsseln, die der neuronalen Struktur und Funktion zugrunde liegen, und um die genetische Kodierung, Entwicklung, Funktion und Plastizität des Nervensystems zu bestimmen. Angesichts der weltweiten Initiativen, enormen Investitionen und bedeutenden Entwicklungen in diesen Bereichen ist es offensichtlich, dass die Zukunft der Neurowissenschaften diese revolutionären Methoden in die Gehirnstudien einbeziehen und ausbauen wird.

Mechanismen des menschlichen Verhaltens

Das Interesse an einer einheitlichen neuronalen und rechnerischen Konzeptualisierung von kognitiven Prozessen auf hoher Ebene - Wahrnehmung, Arbeitsgedächtnis, Sprache - ist von entscheidender Bedeutung, um die Verbindung zwischen Tierversuchen und menschlicher Wahrnehmung und Erkenntnis herzustellen. Mithilfe einer breiten Palette fortschrittlicher Technologien zur Überwachung der Aktivität des menschlichen Gehirns entwickeln ELSC-Teams wegweisende Methoden zur Charakterisierung kognitiver und Verhaltensphänomene. Die enge Zusammenarbeit zwischen Forschern der Systemneurowissenschaften und Forschern rechnerischer Ansätze verstärkt ihre Untersuchungen. Mit zunehmenden interdisziplinären Interaktionen glauben die ELSC-Forscher, dass das goldene Zeitalter des raffinierten Einsatzes verschiedener Bildgebungstechnologien gerade erst beginnt.

Das Netzwerk des Gehirns als Grundlage des Verhaltens

Experimente, die den Zusammenhang zwischen dem Verständnis der grundlegenden Schaltkreise neuronaler Netze und dem komplexen Verhalten ganzer Organismen im Allgemeinen und den Verhaltensprozessen beim Menschen im Besonderen herstellen, sind für ELSCs Integrationsbemühungen von entscheidender Bedeutung. Während sich kleinere Tiere am besten für die Untersuchung lokaler Schaltkreise eignen, bieten nichtmenschliche Primatenmodelle (NHP-Modelle) ein besseres Verständnis der Verbindung zwischen Schaltkreis und Verhalten, da die neuronalen Systeme, die das Verhalten von Menschen und nichtmenschlichen Primaten steuern, dieselbe Struktur und Funktion aufweisen. NHP-Studien sind eine wichtige Komponente bei der Umsetzung neuer Erkenntnisse in klinische Anwendungen, da sie die Lücke zwischen klinischen und nicht-klinischen Studien und Forschungen beim Menschen schließen können.

Neuronale Schaltmechanismen

Beeindruckende technologische und methodische Fortschritte bei genetischen, molekularen und bildgebenden Verfahren haben Untersuchungen lokaler neuronaler Schaltkreise zu einem spannenden Gebiet der Gehirnforschung gemacht. ELSC befasst sich bereits mit dem Einsatz dieser Technologien und ist bestrebt, ihre Entwicklung voranzutreiben, um die Rolle lokaler neuronaler Schaltkreise zu untersuchen, zu bewerten, wie Neuromodulatoren und Verhalten lokale neuronale Schaltkreise verändern, und die Rolle nicht-neuronaler Elemente für die Gehirnfunktion in Bezug auf Gesundheit und Krankheit zu bewerten.

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