Bernstein Zentren II
| Öffentliche Bekanntmachung: | 2008 |
| Förderzeitraum: | 2010 - 2015 |
| Gesamtvolumen: | 43 Mio. EURO |
| Vorhabenanzahl: | 20 |
Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Berlin
Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Göttingen
Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Heidelberg/Mannheim
Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience München
Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Tübingen
1. Ziele der Fördermaßnahme
Die Neurowissenschaften bergen ein bedeutendes Innovationspotential für die Lösung wichtiger und dringender gesellschaftlicher Herausforderungen. Ein besonderer Erkenntnisfortschritt ist von der sehr dynamischen Forschungsrichtung der „Computational Neuroscience“ zu erwarten. Diese verbindet Experiment, Datenanalyse und Computersimulation auf der Grundlage wohldefinierter theoretischer Konzepte und stellt eine wissenschaftliche Sprache zur Verfügung, die fach- und ebenenübergreifend von der Neurobiologie sowie der Kognitionsforschung, Systembiologie und Informationstechnologie genutzt werden kann. Durch ihren interdisziplinären Ansatz ermöglicht die Computational Neuroscience insbesondere auch eine erhebliche Beschleunigung und methodische Vertiefung der neurowissenschaftlichen Forschung.
Mit dem Förderschwerpunkt „Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience“ im Rahmen der Innovationsstrategie „Gesundheitsforschung“ der Hightech-Strategie der Bundesregierung hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die grundlegenden strukturellen Rahmenbedingungen geschaffen, um das Forschungsfeld der Computational Neuroscience in Deutschland – mit hoher internationaler Sichtbarkeit - zu etablieren, die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses in dieser Disziplin zu verstärken und die Forschungsergebnisse der Anwendung zuzuführen.
Die Bernstein Zentren für Computational Neuroscience sind zentrale Elemente des Nationalen Bernstein Netzwerkes. Um die bisherigen Maßnahmen im Bereich Computational Neuroscience weiter zu festigen, wird das Format „Bernstein Zentren für Computational Neuroscience“ weiterentwickelt.
2. Stand der Fördermaßnahme
Das Bernstein Netzwerk wurde 2004 mit der Etablierung von vier "Bernstein Zentren für Computational Neuroscience" begründet. Um die bisherigen Maßnahmen im Forschungsfeld der Computational Neuroscience zu verstärken, zu vertiefen und nachhaltig zu verstetigen, soll das Format „Bernstein Zentren für Computational Neuroscience“ weiterentwickelt werden. Zwei neue Bernstein Zentren werden in Mannheim/Heidelberg und Tübingen eingerichtet. Darüber hinaus werden die bestehenden Zentren in Berlin, Göttingen und München weiter gefördert. Das BMBF beabsichtigt, diese fünf "Bernstein Zentren für Computational Neuroscience" während der fünfjährigen Laufzeit mit 43 Millionen Euro zu unterstützen.
Weitere Informationen über die Bernstein-Zentren finden Sie hier.
3. Geförderte Vorhaben
a) Kurzbeschreibungen der laufenden Vorhaben
(Sortierung innerhalb der Zentren nach Förderkennzeichen)
Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Berlin - "Präzision und Variabilität"
Koordinator:
Prof. Dr. Michael Brecht
Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience
Humboldt-Universität Berlin
Philippstr. 13, Haus 6
10115 Berlin
Tel: +49 30 2093-6772
Teilprojekte A2, A3, A4, A8, B6, Zentralprojekt und Professur
|
Humboldt-Universität zu Berlin |
Leiter: |
Prof. Dr. Michael Brecht |
Teilprojekte B2, B3, B5, Professur und Nachwuchsgruppe
|
Technische Universität Berlin |
Leiter: |
Prof. Dr. Felix Wichmann |
Teilprojekte A1, A3, A5, A6, B1, B2, B4 und B6
|
Charité - Universitätsmedizin Berlin |
Leiter: |
Prof. Dr. John-Dylan Haynes |
Teilprojekte A7 und A9
|
Freie Universität Berlin |
Leiter: |
Prof. Hans-Joachim Pflüger |
Teilprojekt A7
|
Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin |
Leiter: |
Dr. Gary Lewin |
Teilprojekt B3
|
Universität Potsdam |
Leiter: |
Prof. Dr. Ralf Engbert |
Die zu entwickelnden Anwendungen im Bereich der fMRI-Technologie tragen zur Erweiterung der Kompetenz in diesem Bereich bei. Die Kombination von Psychphysik und Maschinellem Lernen zur Entschlüsselung der visuellen Wahrnehmung von menschlichen Beobachtern ist eine wichtige Informationsquelle für Computermodelle im Bereich der visuellen Wahrnehmung. Das Zentrum trägt auch zur Entwicklung neuartiger Experimente im Bereich Miniatur-Technologie für intrazelluläre Ableitungen bei. Von diesen Technologien werden Neurowissenschaftler deutschlandweit profitieren. Auch Maschinelles Lernen und die sogenannten „Support Vektor Machines“ sind Schlüsseltechnologien mit einem breiten Spektrum von technischen Anwendungsbereichen. Weiterhin können die hier verwendeten Algorithmen auch für die komplexe Datenanalyse im Biomedizinischen und neurowissenschaftlichen Bereichen zur Problemlösung verwendet werden. U.a. zur Entwicklung von Prothesen trägt die Forschung im Bereich Brain Computer Interface bei.
Das BCCN Berlin bietet ein stimulierendes Umfeld für die interdisziplinäre Bearbeitung dieser Fragen. Das Zentrum stellt ein Forum für Kooperationen von experimentellen, klinischen und theoretischen Gruppen dar und wird mit Anwendungen in der Biomedizin und Informationstechnologie einen wichtigen Beitrag zum gesellschaftlichen Gemeinwohl leisten.
Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Göttingen - "Kooperative Dynamiken und Adaptivität in neuronalen Systemen"
Koordinator:
Prof. Dr. Theo Geisel
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
Bunsenstraße 10
37073 Göttingen
Tel: +49 551 5176-400
Teilprojekte A1, A2, A4, A5, B1, B2, B5, D1, D2, Nachwuchsforschergruppe und zentrale Mittel (zM)
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Georg-August-Universität Göttingen |
Leiter: |
Prof. Dr. Theo Geisel |
Teilprojekte A3, A4, A5, B2, B3, B4, C1, D3 und zentrale Mittel (zM)
|
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. (MPG) vertreten durch das Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation Bunsenstr. 10 37073 Göttingen |
Leiter: |
Prof. Dr. Theo Geisel |
"Teilprojekte C3, C5, D2, D4 und Professur "Neuroprothetik und Sensorimotorische Integration"
|
Deutsches Primatenzentrum Gesellschaft mit beschränkter Haftung |
Leiter: |
Prof. Dr. Stefan Treue |
Teilprojekt C2, Kooperative Dynamiken und Adaptivität in neuralen Systemen
Biomedizinische NMR Forschungs-GmbH Leiter: Prof. Dr. Jens Frahm Teilprojekte A3 Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin Leiter: Prof. Dr. Walter Stühmer Die theoretische Analyse dieser Fragen wird das BCCN Göttingen mithilfe aktueller Methoden angehen, mit denen dynamische und statistische Gesetzmäßigkeiten interagierender Multikomponentensysteme quantitativ bestimmt werden können. Diese Methoden kombinieren hochentwickelte Datenanalyse mit biologisch detaillierten sowie abstrakten mathematischen Modellierungsansätzen. Experimentell wird das Zentrum diese Fragen in verschiedenen biologischen Modellsystemen analysieren – von in vitro-Präparationen neuronaler Zellen und Schaltkreise, über genetisch gut zugängliche sensorische Systeme, wie z. B. das auditorische System der Drosophila und Maus, bis zu experimentellen Assays der neokortikalen Funktion in Menschen und Primaten. Technologische und klinische Anwendungen der Ergebnisse werden in Kooperation mit den Industrie-, Klinik- und Rehabilitationspartnern des Bernstein Zentrums Göttingen verfolgt und mit dem Göttinger Bernstein Fokus: Neurotechnologie koordiniert. Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Heidelberg/Mannheim - "Von den Genen zum Verhalten: Einfluss genetischer Variation auf neuronale Informationsverarbeitung bei psychischen Störungen" Koordinator: Teilprojekte M, A1, A2, A4, B1, B2, B3, C1, C2 und C4 Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Leiter: Prof. Dr. Andreas Draguhn Teilprojekte A3, B4, B5, B6, C3, C5, C6, C7, C8, D1, D2 und Zentralprojekt Zentralinstitut für Seelische Gesundheit Leiter: Dr. Daniel Durstewitz In jüngerer Zeit gab es erhebliche Fortschritte bei der Identifizierung von Risikogenen für eine Reihe psychiatrischer Erkrankungen. Ein mechanistisches Verständnis der Zusammenhänge zwischen gendeterminierten neuronalen Eigenschaften, den sich daraus ergebenden Netzwerkdynamiken, und deren Einfluss wiederum auf Verhalten und Kognition fehlt uns jedoch weitestgehend, wäre aber von enormer klinischer Relevanz. Computermodelle neuronaler Systeme sind ein ideales Werkzeug, um kausale Verbindungen dieser Art zu untersuchen. Ultimatives Ziel des Bernstein Zentrums Heidelberg-Mannheim ist daher die Herleitung eines theoretischen Rahmenwerkes, das explanatorische Verbindungen schafft von den Genen bis hin zu normaler und gestörter Kognition bei Schizophrenie, Depression und altersbedingten degenerativen Erscheinungen. Dazu sollen biologisch detaillierte Modelle relevanter Hirnstrukturen sowie deren Kopplung an intrazelluläre Prozesse einerseits und an makroskopische Hirndynamiken (fMRT, EEG) andererseits entworfen werden. In engem Austausch mit experimentellen Studien auf verschiedenen Ebenen (Gene, intrazelluläre Prozesse, Netzwerkphysiologie, fMRT/ EEG-Messungen, Verhalten) sollen diese Modelle parametrisiert, validiert und Vorhersagen getestet werden. Eine Übersetzung in klinische Anwendungen über neuartige diagnostische Tools und eine computationale Plattform für eine ‚insilico’- Neuropharmakologie werden ebenfalls angestrebt. In Heidelberg werden die eher zellulären und netzwerk-physiologischen Aspekte des Vorhabens bearbeitet, während am ZI Mannheim die eher psychiatrischen, Human- und Anwendungsaspekte des Vorhabens bearbeitet werden. Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience München - "Neuronale Repräsentationen von Raum und Zeit" Koordinator: Teilprojekte A2, A3, B1, B2, B3, B5, D1, D3, Zentralprojekt und Professur "Räumliche Kognition und Neurodegeneration" Ludwig-Maximilians-Universität München Leiter: Prof. Dr. Andreas Herz Teilprojekte A2, B4, C1, C3, C4, D3, Professur "Computational Neuroscience" und Professur "Audio-Signal Processing" Technische Universität München Leiter: Prof. Dr. Harald Luksch Teilprojekt A2 npi electronic Gesellschaft für Elektronische Meß- und Regelsysteme mbH Leiter: Dipl. Ing. Hans Reiner Polder Teilprojekt C2 Med-El Elektromedizinische Geräte Deutschland GmbH Leiter: Dipl. Phys. Lutz Ressel Teilprojekt A1 Max-Planck-Institut für Neurobiologie Leiter: Prof. Dr. Alexander Borst Den Hintergrund dafür stellen technische, aber auch demographische Herausforderungen dar, die auf unsere Gesellschaft in den nächsten Jahren und Jahrzehnten zukommen. Mit der zunehmenden Lebenserwartung werden in Deutschland beispielsweise auch altersbedingte Defizite im Bereich der sensorischen Orientierung zunehmen; so führt die Reduktion des Hörvermögens und damit der Raumkognition zu einer massiven Verringerung der Lebensqualität in einer ständig wachsenden Bevölkerungsgruppe, und aktuelle Daten zu Hörschäden bei jüngeren Alterskohorten lassen einen dramatischen Anstieg dieser Einschränkung befürchten. Im technischen Bereich werden intelligente Assistenzsysteme zur Unterstützung älterer Menschen weiter an Bedeutung gewinnen. Eines der Hauptmerkmale des Zentrums ist die starke Verknüpfung von theoretischer, neurobiologischer und klinischer Forschung. Das Forschungsvorhaben soll zu einem besseren Verständnis kognitiver Prozesse und neurologischer Störungen führen und einen Beitrag zu der Entwicklung von Technologien der medizinischen Diagnostik und neuen Methoden zur Vorbeugung und Therapie leisten. Beispielsweise werden neue experimentelle Techniken zur Messung und Analyse neuronaler Antwortsignale entwickelt. Darüber hinaus werden die Forschungsarbeiten das Design von Neuroprothesen, vor allem von Innenohrimplantaten, voran bringen. Zur Ergänzung der Forschungsaktivitäten am Bernstein Zentrum München wird das bereits etablierte Lehr- und Trainingsprogramm in wichtigen Bereichen erweitert werden. Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Tübingen - "Neuronale Mechanismen der Perzeptuellen Inferenz" Koordinator: Teilprojekte A1, A2, A3, B1, B2, C1, C3, C4, C5, D2, D3, Zentralprojekt und Professur Neuronale Informationsverarbeitung Eberhard-Karls-Universität Tübingen Leiter: Prof. Dr. Matthias Bethge Teilprojekte A2, A3, B2, B3, B4, C2, C5, D1 und Nachwuchsgruppe Perzeptuelle Inferenz Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik Leiter: Prof. Dr. Matthias Bethge Im Bernstein-Zentrum Tübingen arbeiten Wissenschaftler aus den Disziplinen der theoretischen und experimentellen Neurobiologie, des Maschinellen Lernens und der Medizin zusammen, um die Grundlagen dieser Inferenz-Prozesse im Gehirn zu erforschen. Insbesondere besteht ein wichtiger Forschungsschwerpunkt darin, das koordinierte Zusammenspiel der Nervenzellen bei der Informationsverarbeitung zu verstehen. Um dieses Ziel zu erreichen, liefert das Zentrum den Rahmen für interdisziplinäre Kooperationen. Zudem leistet es durch medizinische und technologische Anwendungen einen wichtigen gesellschaftlichen Beitrag.
Am Faßberg 11
37077 Göttingen
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
0551 201-1720
01GQ1005D
292.902 EUR
01.01.2011 - 30.04.2015
Ziel des Göttinger Bernstein Zentrums ist es, die Rolle kooperativer Dynamik in adaptiven neuronalen Rechenvorgängen zu identifizieren, zu quantifizieren und zu modellieren. Um kooperative neuronale Prozesse auf verschiedenen Ebenen - von subzellulären molekularen Wechselwirkungen über sensorische Systeme bis zu Kognition und Verhaltenssteuerung - zu charakterisieren, wird das BCCN Göttingen wichtige Fragestellungen angehen, wie z. B.: Wie tragen supramolekulare Komplexe und interagierende intrazelluläre Strukturen zu adaptiven Rechenvorgängen einzelner Neurone bei? Wie steuert die Gesamtdynamik biologischer, neuronaler Netzwerke adaptive Kodierungs- und Lernprozesse? Wie vermitteln dynamische Interaktionen innerhalb von Gruppen von Gehirnregionen die flexible Nutzung neuronaler Verarbeitungsressourcen und Strategien? Wie kann die Interaktion zwischen neuronaler motorischer Kontrolle und hochdimensionaler Bewegungs-Kinematik weiche, präzise und effektive Hand- und Gliedmaßenbewegung erzeugen?
Abt. Neurogenetik
Hermann-Rein-Str. 3
37075 Göttingen
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
0551 3899-646
01GQ1005E
34.868 EUR
01.05.2010 - 30.04.2015
Dr. Daniel Durstewitz
Zentralinstitut für Seelische Gesundheit
J5
68159 Mannheim
Tel.: +49 621 1703-2361
Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Heidelberg
Institut für Physiologie und Pathophysiologie
Im Neuenheimer Feld 326
69120 Heidelberg
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
06221 54-4057
01GQ1003A
3.983.994 EUR
01.05.2010 - 30.04.2015
Das Bernstein Zentrum Heidelberg-Mannheim untersucht welche Auswirkungen genetische Variationen auf die neuronale Informationsverarbeitung haben, insbesondere mit Hinblick auf psychiatrische Erkrankungen wie Schizophrenie und Depression.
J 5
68159 Mannheim
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
0621 1703-2361
01GQ1003B
5.646.898 EUR
01.05.2010 - 30.04.2015
Prof. Dr. Andreas Herz
Ludwig-Maximilians-Universität München
Institut für Biologie II
Großhaderner Str. 2
82152 Planegg
Tel.: +49 89 2180-74801
Fakultät für Biologie - Department Biologie II
Neurobiologie
Großhaderner Str. 2
82152 Planegg
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
089 2180-74801
01GQ1004A
5.359.583 EUR
01.05.2010 - 30.04.2015
Wissenschaftszentrum Weihenstephan
Lehrstuhl für Zoologie
Liesel-Beckmann-Str. 4
85354 Freising
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
081 6171-2800
01GQ1004B
2.419.541 EUR
01.05.2010 - 31.12.2017
Hauptstr. 96
71732 Tamm
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
07141 9730230
01GQ1004C
311.160 EUR
01.05.2010 - 30.04.2015
Moosstr. 7
82319 Starnberg
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
08151 7703-19
01GQ1004D
251.040 EUR
01.05.2010 - 30.04.2015
"Wie werden Raum und Zeit in neuronalen Systemen repräsentiert?" Dies ist das Forschungsthema des Bernstein Zentrums München, das auch die zweite Förderperiode prägen wird. Den wissenschaftlichen Fokus wird das Zentrum dabei von neuronaler Informationsverarbeitung in einzelnen sensorischen Systemen auf die Integration und Dynamik multisensorischer Systeme und die zielorientierte Navigation ausdehnen.
Am Klopferspitz 18
82152 Planegg
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
089 8578-3251
01GQ1004E
142.644 EUR
01.05.2010 - 30.04.2015
Prof. Dr. Matthias Bethge
Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik
Spemannstraße 41
72076 Tübingen
Tel.: +49 7071-601535
Fakultät für Mathematik und Physik
Institut für Theoretische Physik
Auf der Morgenstelle 14
72076 Tübingen
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
07071 601-535
01GQ1002A
5.379.285 EUR
01.05.2010 - 30.04.2015
Unsere Wahrnehmung ist nicht einfach nur eine Kopie der eingehenden Sinnesreize, sondern spiegelt vielmehr eine abstrakte Interpretation derselben wider. Diese Interpretation beruht auf komplizierten Verarbeitungsprozessen, bei denen die Information der Sinnesreize mit spezifischem Vorwissen über die physikalische Beschaffenheit der Welt kombiniert wird. Eine eindrucksvolle Demonstration dafür sind Magic Eye Bilder, bei denen das Gehirn aus zweidimensionalen Mustern eine dritte Dimension errechnet, die wir als Tiefenwahrnehmung erleben. Durch solche künstlichen Beispiele können wir uns spezielle Inferenz-Leistungen des Gehirns bewusst machen: Leistungen, die unser Gehirn im Alltag ununterbrochen erbringt, ohne dass wir es merken - wenn wir uns in einer dreidimensionalen Welt bewegen oder Objekte und ihre Beschaffenheit unabhängig von den Lichtverhältnissen oder ihrer Anordnung erkennen. Um solche Inferenz-Leistungen zu erbringen, müssen relevante und beständige Strukturen und Muster aus extrem komplexen Datensätzen extrahiert werden. Die Tatsache, dass unser Gehirn diese Aufgabe scheinbar mühelos bewältigt, ist umso bemerkenswerter, als dass es bis heute keine Computeralgorithmen gibt, die auch nur annähernd an diese Leistung herankämen.
Abt. Computional Vision and Neuroscience
Spermannstr. 41
72076 Tübingen
Tel.:
FKZ:
Betrag:
Laufzeit:
07071 601-535
01GQ1002B
2.597.974 EUR
01.05.2010 - 30.04.2015