Forscher wollen Gehirnprozesse nachbauen

Forscherin mit elektronischen Bauteilen
Kieler Forscher-Team: Das Nervensystem mit seinen Dynamiken als Ganzes im Fokus (Foto: © Julia Siekmann, CAU)

In einem interdisziplinären Verbundprojekt erforschen Wissenschaftler aus der Neurologie, Systemtheorie, Materialwissenschaft, Nanoelektronik und Medizin, wie sich Lern- und Gedächtnisprozesse des menschlichen Gehirns technisch nachbilden lassen. Das 2014 gestartete Vorhaben wird jetzt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit zwei Millionen Euro für drei weitere Jahre gefördert. An dem Projekt unter Leitung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) sind die Ruhr-Universität Bochum, die Technische Universität Hamburg-Harburg, die Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg und das Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik in Frankfurt (Oder) beteiligt.

Ziel der Forschergruppe ist es, Prinzipien neurobiologischer Schaltungen in technische Systeme zu übertragen. So will das Wissenschaftler-Team mehr darüber erfahren, wie Lern- und Gedächtnisprozesse im Gehirn ablaufen. In der ersten Förderperiode stand der Aufbau und die Weiterentwicklung memristiver Bauteile (von englisch „memory“ für Gedächtnis und „resistor“ für Widerstand) im Vordergrund. Sie sind in der Lage, elektrische Zustände zu speichern, ähnlich wie Prozesse im Gehirn, die beim Verknüpfen von Informationen ablaufen.

Interaktionen werden nachgebildet

In der zweiten Förderphase steht das Nervensystem als Ganzes mit seinen Dynamiken im Fokus. Wenn sich bei Prozessen im Gehirn Synapsen neu verknüpfen, wirkt sich das auf das gesamte neuronale Netzwerk aus. Zusätzlich wird es vom gesamten Körper und unserer Umgebung beeinflusst. Diese Interaktionen sollen jetzt mit sogenannten memsensitiven Elementen technisch nachgebildet werden. Sie reagieren auf äußere Reize wie Licht oder Geruch und können sich gewissermaßen daran gewöhnen, indem sie ihren elektrischen Widerstand anpassen.

Der Leiter der Forschungsgruppe Professor Dr. Hermann Kohlstedt zeigt sich hochmotiviert: „Wir freuen uns sehr, dass die DFG mit ihrer erneuten Förderung die Leistung unserer Forschungsgruppe anerkennt. In enger interdisziplinärer Zusammenarbeit haben wir in der ersten Förderphase die technischen Voraussetzungen geschaffen, um Gehirnprozesse elektronisch abzubilden. Dank der weiteren Unterstützung können wir im nächsten Schritt das Zusammenspiel des gesamten neuronalen Netzwerks, einschließlich seiner nanoelektronischen, topologischen und dynamischen Prozesse, stärker in den Blick nehmen.“

Produktive Forschungsarbeit

Bislang sind 37 wissenschaftliche Veröffentlichungen entstanden, die in renommierten, internationalen Fachzeitschriften erschienen sind. Die erfolgreiche wissenschaftliche Nachwuchsförderung wird ebenfalls fortgesetzt. Elf Doktorandinnen und Doktoranden aus allen beteiligten Disziplinen promovieren zurzeit in dem Verbundforschungsprojekt und erhalten eine intensive Betreuung.