FWF-SASNN - Stochastische Assemblies in Spikenden Neuronalen Netzwerken

Projekt: Foschungsprojekt

Beschreibung

Kognitive Prozesse im Gehirn basieren auf Aktivitätsmuster in einem Netzwerk von Milliarden von Neuronen welche durch Billionen von Synapsen miteinander verbunden sind. Wie die Interaktion von Neuronen in diesem riesigen Netzwerk unsere mentalen Fähigkeiten hervorbringt ist noch immer rätselhaft. In den letzten Jahren konnten jedoch wichtige neue Erkenntnisse erzielt werden. Erstens konnte gezeigt werden, dass ein mentales Konzept – wie etwa eine bestimmte Person oder ein bekannter Ort – in der Großhirnrinde durch die Aktivität eines verteilten Ensembles von Millionen von Neuronen kodiert wird. Zweitens wurde gezeigt, dass neuronale Aktivität und synaptische Kommunikation stochastisch ist, das heißt, Neurone und Synapsen sind anscheinend „unzuverlässig“, und demzufolge fluktuieren auch neuronale Ensemblecodes zeitlich.

In dem Projekt Stochastische Assemblies in Spikenden Neuronalen Netzen wird die Formierung und die Dynamik stochastischer Ensemblecodes in einem integrierten Ansatz untersucht werden. Experimentelle Arbeit an organischen neuronalen Netzwerken wird mit theoretischer Analyse und Simulationen von Computermodellen biologischer neuronaler Netzwerke kombiniert werden. Unsere Ergebnisse werden wichtige Implikationen für viele Anwendungsbereiche haben. Zwei davon werden intensiv innerhalb des Projektes untersucht werden: (1) Wir werden unsere Ergebnisse nutzen um neue Konzepte der Interpretation von Gehirnaktivität zu entwickeln. Eine mögliche Nutzung dieser Konzepte im Bereich von Neuroprothesen wird erforscht werden. (2) Wir werden neuartige Rechenmodelle basierend auf stochastische Ensemblecodes entwickeln. In den letzten Jahren ist deutlich geworden, dass die Leistungsfähigkeit derzeitiger Computer (basierend auf der von Neumann Architektur) stark beschränkt ist. In anderen Worten, es wird zunehmend schwieriger wenn nicht unmöglich ihre Leistungsfähigkeit bei akzeptablem Energieverbrauch zu verbessern. Die kognitiven Fähigkeiten des Gehirns und dessen beachtliche Energieeffizienz weisen darauf hin, dass verteilte Ensemblecodes eine Lösung dieses Problems darstellen könnten, zumindest für kognitiven Aufgaben die Menschen alltäglich leisten.
StatusLaufend
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/03/1728/02/21