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Auf der Spur der Hirnevolution

Neuer bundesweiter Forschungsverbund zur Evolution des Nervensystems wird eingerichtet
Auf der Spur der Hirnevolution

M. Silies (li) und F. Wolf (re). Copyright: s.u.

Göttingen/ Freiburg, 12. April 2018
 
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG hat die Einrichtung eines neuen Schwerpunktprogramms (SPP) „Evolutionäre Optimierung neuronaler Systeme“ beschlossen. Es ist eines von 14 Programmen, die aus 53 Initiativen ausgewählt wurden und mit einem Gesamtvolumen von 80 Millionen Euro gefördert werden. Fred Wolf vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Leiter des Bernstein Zentrums für Computational Neuroscience (BCCN) Göttingen, ist Koordinator des neuen SPP. Es ist auf sechs Jahre angelegt und wird Anfang 2019 beginnen.

Das neue Schwerpunktprogramm ist das weltweit erste koordinierte Forschungsprogramm, das systemische und theoretische Neurowissenschaft mit Evolutions- und Entwicklungsbiologie zusammenführt, um die Grundprinzipien der Hirnevolution aufzuklären. Ziel des SPP ist es zu entschlüsseln, wie sich die Netzwerke und Algorithmen biologischer Nervensysteme im Laufe der Evolution herausgebildet haben. Im Kern wird es darum gehen die Evolutionstheorie mit Grundprinzipien der Informationsverarbeitung zu verbinden. „Es ist wirklich faszinierend und ein wichtiger neuer Ansatz für das Gebiet der Computational Neuroscience, die Funktionsweise biologischer Nervensysteme aus einer konsequent evolutionären Perspektive zu analysieren“ so Wolf. Fragen wie: Wie nah kommen biologische Nervensysteme absoluten Leistungsgrenzen der Informationsverarbeitung? oder Welche genetischen Veränderungen liegen der Optimierung ihrer Leistungsfähigkeit zugrunde? werden die WissenschaftlerInnen des Programms in bis zu 30 disziplinübergreifenden Projekten auf den Grund gehen, um Antworten auf Kernfragen der Hirnevolution zu finden.

Das neue DFG Schwerpunktprogramm kann auf die starke Infrastruktur des Bernstein Netzwerks Computational Neuroscience aufbauen, die im vergangenen Jahrzehnt mit Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF geschaffen wurde. „Ich denke, dass die leistungsfähige Forschungslandschaft des Bernstein Netzwerks, seine Graduiertenprogramme und Serviceeinrichtungen ein wichtiger Erfolgsfaktor für das neue Schwerpunktprogramm sein werden – gerade im Hinblick auf dessen interdisziplinäre Ausrichtung,“ erläutert Andreas Herz, Sprecher des Bernstein Netzwerks. Durch die Partner des Bernstein Netzwerks ist das neue Programm zusätzlich international vernetzt. Internationalität ist aber auch schon in der Konzeption des Programms inhaltlich und strukturell angelegt; es wurde zusammen mit internationalen Experten erarbeitet und wird von einem international besetzten wissenschaftlichen Beirat unterstützt.

Die Initiative wurde federführend von Marion Silies und Fred Wolf (beide BCCN Göttingen) entwickelt. Neben ihnen gehören dem Steuerungsausschuss des Schwerpunktprogramms die Leiter zweier weiterer Bernstein Zentren, Michael Brecht (BCCN Berlin), Matthias Bethge (BCCN Tübingen) sowie Joachim Wittbrodt vom Centre for Organismal Studies (COS) der Universität Heidelberg an.

Forschungshintergrund

Die Grundlagen der modernen Hirnforschung fanden ihren Anfang zu Beginn des 20. Jahrhundert mit Forscherpersönlichkeiten wie Ramon y Cajal, Korbinius Brodmann und Ludwig Edinger. Für ihre Generation war Darwins Evolutionstheorie erstmals Teil der wissenschaftlichen Bildung und bereits sie stellten sich die Frage wie hochentwickelte Gehirne aus einfacheren Vorformen entstehen konnten.

Seit kurzem eröffnen nun Fortschritte der Neurotechnologie, Entwicklungsbiologie und theoretischen Neurowissenschaft neue umfassende Zugänge zur Funktionsweise und Evolution des Gehirns. Mathematische Theorien und computergestützte Optimierungsverfahren sind mittlerweile in der Lage für viele biologische neuronale Systeme präzise Vorhersagen über ideale Schaltkreisstrukturen und theoretische Leistungsgrenzen zu ermitteln. Experimente können die Aktivität Tausender Nervenzellen gleichzeitig aufzeichnen und die Struktur ihrer Netzwerke mit nie dagewesener Genauigkeit kartieren. Genomische Daten werden es in den kommenden Jahren erlauben auch die evolutionäre Verfeinerung der Zelltypen des Nervensystems zu rekonstruieren. Das neue Schwerpunktprogramm „Evolutionäre Optimierung neuronaler Systeme“ wird diese Fortschritte zusammenführen, um grundlegende Prinzipien der Hirnevolution zu erfassen.

Zur Person

Prof. Dr. Fred Wolf
Der Physiker und Neurowissenschaftler ist seit 2014 Leiter des Bernstein Zentrums für Computational Neuroscience (BCCN) Göttingen. Neben zahlreichen Ehrungen, wurde Wolf 2017 mit dem Mathematical Neuroscience Prize, dem weltweit höchstdotierten Preis für grundlegende mathematische Beiträge zum Verständnis des Gehirns, ausgezeichnet. Er ist designierter Gründungsdirektor des neuen Göttinger Campus-Instituts Dynamik biologischer Netzwerke, das von der der Universität und der Universitätsmedizin Göttingen sowie dem Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation getragen wird.
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Dr. Marion Silies
Die Neurobiologin leitet seit 2015 eine Emmy Noether-Nachwuchsgruppe am European Neuroscience Institute in Göttingen (ENI-G). Mit ihrer Gruppe widmet sie sich dem Thema der visuellen Informationsverarbeitung im Gehirn. 2016 erhielt sie einen ERC Starting Grant. 2017 wurde ihr der Heinz Maier-Leibnitz-Preis der DFG verliehen. Im selben Jahr ehrte sie das Land Niedersachsen mit dem Wissenschaftspreis als beste Nachwuchswissenschaftlerin.
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FOTO: BCCN Göttingen/ MPIDS/ Bernstein Netzwerk.