Jahrbücher der Max-Planck-Gesellschaft

2023

  • Entdeckung von Ortszellen bei Fischen 

    2023 Robson, Drew; Li, Jennifer
    Unser Gehirn orientiert sich im Raum, indem es ein so genanntes kognitives Modell seiner Umgebung bildet. Dabei spielen die Ortszellen des Hippocampus eine wichtige Rolle. Während Verhaltensstudien darauf hindeuten, dass räumliche kognitive Fähigkeiten auch bei Fischen vorhanden sein könnten, haben frühere Studien keine eindeutigen Beweise für Ortszellen außerhalb von Vögeln und Säugetieren gefunden.  Mit Hilfe eines Tracking-Mikroskops untersuchten wir die Gehirnaktivität frei schwimmender Zebrafischlarven mit zellulärer Auflösung und konnten erstmals Ortszellen bei Fischen nachweisen.

2022

  • Die Wissenschaft der Schönheit

    2022 Brielmann, Aenne
    Sobald wir etwas sehen oder hören, beurteilen wir im Bruchteil einer Sekunde, ob wir es mögen oder nicht. Unsere Forschung konzentriert sich darauf, zu verstehen, wie diese Urteile zustande kommen und welchen Einfluss sie auf unsere täglichen Entscheidungen und unser Wohlbefinden haben.

2021

  • Menschliche Neugier in Computerspielen

    2021 Schulz, Eric
    Computerspiele werden eigentlich zu Unterhaltungszwecken entwickelt. Wir nutzen sie zur Erforschung menschlichen Verhaltens. Damit eröffnen wir einerseits neue Ansätze in der psychologischen Forschung, andererseits tragen unsere Ergebnisse zur Verbesserung künstlich intelligenter Systeme bei.

2020

  • Erst schauen, dann sehen

    2020 Zhaoping, Li
    Trotz vieler Forschungsarbeiten zum Sehen wissen wir noch wenig zur Verarbeitung visueller Reize in höheren Gehirnarealen. Der Grund dafür ist, dass eine wichtige Forschungsfrage nicht auf die richtige Weise gestellt wurde: die Selektion von Informationen durch Aufmerksamkeit. Bestimmte Gehirnareale koordinieren, wohin wir unseren Blick richten; andere entscheiden über die Interpretation des ausgewählten Input und fragen nötigenfalls weitere Informationen ab. Unsere Hypothesen setzen einen neuen Rahmen für das zukünftige Verständnis davon, wie das Sehen in unserem Gehirn funktioniert.

2019

  • Mikrochip öffnet Fenster zum Gehirn

    2019 Scheffler, Klaus

    Das Gehirn ist das bisher am wenigsten verstandene Organ im menschlichen Körper. Es verarbeitet äußere Reize, die auf uns einströmen und leitet daraus Entscheidungen oder Aktionen ab, um blitzschnell mit unserer Umwelt zu interagieren. Dabei verbraucht es fast 20 Prozent des gesamten Energiebedarfs des Körpers und ungefähr 50 Prozent mehr Energie als das Herz. Unser Forscherteam hat einen miniaturisierten MagnetresonanzSensor (NMR) entwickelt, der die Nervenaktivität und Blutregulierung mit weitaus höherer räumlicher und zeitlicher Auflösung messen kann als herkömmliche Systeme.

2018

  • Neuropsychiatrische Medikamente in klinischer Anwendung und experimentellen Systemen

    2018 Noori, Hamid R.
    Neuropsychiatrische Erkrankungen sind psychische Störungen, die mit Erkrankungen des Nervensystems assoziiert sind. In den vergangenen 50 Jahren stieg die Zahl neurochemischer Untersuchungen am Nagetiergehirn stetig an. Heute liegen den Neurowissenschaftlern „Big Data“ vor: Datenmengen, die sich für systematische Datenanalysen eignen. Unsere Analyse von Tausenden von Experimenten macht die Ergebnisse der Forscherwelt zugänglich – und zeigt gleichzeitig eine Diskrepanz zwischen der aktuellen Klassifikation von neuropsychiatrischen Medikamenten und den tatsächlichen Neurotransmitterreaktionen.

2017

  • Holistische Wahrnehmung von Gesichtern und Objekten

    2017 Bülthoff, Isabelle ; Zhao, Mintao; Bülthoff, Heinrich
    Gesichtspartien können nicht separat betrachtet werden, ohne dass die restlichen Teile des Gesichts unsere Wahrnehmung beeinflussen. Diese sogenannte holistische Wahrnehmung war bislang hauptsächlich für statische Gesichter (Photos) oder vertraute Gegenstände beschrieben. Die Tübinger Forscher konnten nun zeigen, dass auch dynamische Gesichter und unbekannte Objekte mit bestimmten Eigenschaften holistisch wahrgenommen werden. Ihre Ergebnisse stellen eine Herausforderung für bestehende Theorien zur holistischen Wahrnehmung dar.

2016

  • Die Abbildung von Gehirnfunktionen über einzelne Blutgefäße mit einer multi-modalen fMRT-Plattform

    2016 Yu, Xin
    Durch die Entwicklung einer multi-modalen fMRT-Methode lassen sich die Interaktionen zwischen Neuronen, Gliazellen und Blutgefäßen im gesunden und kranken Gehirn von Tieren besser verstehen. Durch die Kombination von fMRT-Signalen einzelner Blutgefäße mit Optogenetik und genetisch kodierten Kalziumindikatoren können spezifische Beiträge vaskulärer und zellulärer Komponenten zum fMRT Signal identifiziert werden. Zukünftig soll es damit zum Beispiel möglich sein, gefäß-spezifische Biomarker bei Patienten mit vaskulärer Demenz zu identifizieren.

2015

  • Dem Langzeitgedächtnis auf der Spur

    2015 Besserve, Michel; Logothetis Nikos K.
    Für die Informationsverarbeitung in Säugetiergehirnen ist eine komplexe Koordination der neuronalen Aktivität notwendig – von den lokalen Zellgruppen bis hin zu den Interaktionen des Gesamtgehirns. Um die Gehirnfunktion auf all diesen Ebenen zu verstehen, wird die Beziehung zwischen Aktionspotenzialen, lokalen Feldpotenzialen und der Hirnaktivität in verschiedenen Strukturen untersucht. Simultane Erfassungsmethoden und Datenanalysetechniken ermöglichen es, die Gehirnzustände zu charakterisieren, die für die Informationsverarbeitung und die Gedächtniskonsolidierung verantwortlich sind.

2014

  • Können Sie mir sagen, wie ich zum Ziel komme? – Die Interaktion räumlichen und sozialen Denkens

    2014 de la Rosa, Stephan; Meilinger, Tobias

    Alltagssituationen erfordern oft das Zusammenspiel von Wissen über den Raum und über das soziale Verhalten anderer Personen, z. B. wenn man jemanden nach dem Weg fragt. In der bisherigen Forschung werden die Denkprozesse dieser beiden elementaren menschlichen Fähigkeiten häufig unabhängig voneinander untersucht. Um menschliches Verhalten im Alltag besser zu verstehen, erforschen Tobias Meilinger und Stephan de la Rosa vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik mit ihrer Gruppe soziale und räumliche Wahrnehmungs- und Denkprozesse sowie deren Zusammenspiel.

2013

  • Magnetresonanztomografie bei ultrahohen Feldstärken

    2013 Buckenmaier, Kai; Gunamony, Shajan; Chadzynski, Grzegorz; Hoffmann, Jens; Pohmann, Rolf; Scheffler, Klaus

    Um die räumliche und zeitliche Auflösung der Magnetresonanztomografie zu verbessern, werden immer höhere Magnetfeldstärken verwendet: So wird das zu detektierende Signal verstärkt. Hierfür müssen technologische Herausforderungen, wie zum Beispiel die Entwicklung neuartiger Radiofrequenzspulen, bewältigt werden. Erste klinische Studien mit selbstentwickelten Spulen wurden bereits an Tumoren im menschlichen Gehirn bei einer Feldstärke von 9,4 Tesla durchgeführt. Verglichen wurden die Spektren von gesundem und tumorösem Gewebe. Die Ergebnisse zeigen großes Potenzial für medizinische Anwendungen.

2012

  • Wie das Gedächtnis im Schlaf aufgebaut wird

    2012 Eschenko, Oxana
    Eine neue Messmethode ermöglicht Einblicke in die umfassende Netzwerktätigkeit des Gehirns. Die Methode basiert auf der Kombination von elektrophysiologischen Ableitungen mit Multikontakt-Elektroden und der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) des ganzen Gehirns. Damit konnten nun die Hirnareale identifiziert werden, die in Abhängigkeit von episodischen gedächtnisbezogenen Ereignissen im Hippocampus, den sogenannten Ripples, ihre Aktivität immer wieder erhöhen oder vermindern. Die Erkenntnisse ermöglichen fortan neue Einblicke in die Mechanismen der Gedächtniskonsolidierung.

2011

  • Interaktionen zwischen Menschen und autonomen Robotern

    2011 Robuffo Giordano, Paolo
    Roboter nehmen Informationen aus ihrer Umgebung auf, verarbeiten und nutzen diese, um autonom Aufgaben zu erfüllen. Eine große Herausforderung besteht in der Zusammenarbeit von Menschen und Robotern im Alltagsleben. Um diese Vision zu realisieren, müssen Design und Steuerung auf die Bedürfnisse von Menschen und die Interaktion mit ihnen abgestimmt werden. Geleitet von diesen Prinzipien liegt das Ziel der Wissenschaftler darin, halb-autonome Robotersysteme (shared control scenario) zu realisieren, welche – von Menschen angeleitet – in der Lage sind, begrenzte Aufgaben selbständig zu übernehmen.

2010

  • Ultrahohe Magnetfelder in der Magnetresonanz-Bildgebung: Lohnt es sich?

    2010 Pohmann, Rolf
    Die Magnetresonanz-Bildgebung beruht auf dem Verhalten von Atomkernen in einem starken Magnetfeld. Diese Felder erreichen für Anwendungen am Menschen bis zu 9,4 Tesla, an Tieren sogar über 20 T. Die Gründe für die Verwendung immer stärkerer Magneten liegen in der Steigerung der Signalstärke und damit der Ortsauflösung, in der Eröffnung neuer Kontrastmechanismen sowie in der besseren Quantifizierbarkeit von Metabolitenkonzentrationen in der MR-Spektroskopie. Aufgrund der geänderten physikalischen Eigenschaften im Ultrahochfeld müssen neue Messtechniken entwickelt werden.

2009

  • Schlaue Kontrastmittel für die funktionelle Magnetresonanztomografie

    2009 Angelovski, Goran
    Die Methoden der Magnetresonanztomografie (MRT) liefern wichtige Erkenntnisse für die Hirnforschung. Neben der Darstellung anatomischer Strukturen steht heute insbesondere die funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT) zur Verfügung, mit der es möglich ist, dem Gehirn quasi beim Arbeiten zuzusehen. Allerdings wird bei dieser Methode der unterschiedliche Sauerstoffgehalt im Blut gemessen, und sie liefert somit nur indirekt eine Aussage über die Nervenzellaktivität. "Schlaue" Kontrastmittel sollen hier einen direkten Zugang zu der tatsächlichen Nervenzellaktivität ermöglichen.

2008

  • Interdisziplinäre Wahrnehmungsforschung

    2008 Wallraven, Christian; Bülthoff, Heinrich H.
    Wie erkennen wir Objekte? Wie interpretieren wir Gesichtsausdrücke? Können wir einem Computer das Sehen beibringen? In diesem Beitrag werden verschiedene Forschungsbereiche der Arbeitsgruppe „Wahrnehmung, Kognition und Handlung“ des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik vorgestellt. Die Arbeitsgruppe benutzt Methoden aus den Bereichen Computer-Vision, Computer-Grafik und Psychophysik, um fundamentale Wahrnehmungs- und Kognitionsprozesse besser zu verstehen.

2007

  • Der kollektiven Signalverarbeitung von Nervenzellen auf der Spur

    2007 Bethge, Matthias
    Untersuchungen zur neuronalen Signalverarbeitung beruhen auf Analysen, die die Aktivität von Nervenzellen mit Reizen korrelieren. Neue Fortschritte haben die simultane Aufnahme der Aktivitäten vieler Nervenzellen ermöglicht. Mit mathematischen Methoden werden diese dazu genutzt, die Antworten ganzer Netzwerke zu bestimmen. Dies ermöglicht Analysen, wie auf der Netzhaut eingehende Bilder von den Netzwerken der Sehbahn verarbeitet werden.

2006

2005

  • Wo unser Gehirn das zusammenführt, was gehört und gefühlt wird

    2005 Logothetis, Nikos
    Neue Ergebnisse zeigen, dass jene Regionen im Gehirn, die lediglich dazu dienen, einen einzigen Sinn zu prozessieren, seltener sind als klassischerweise angenommen wird. Stattdessen beschäftigt sich ein Großteil des Gehirns damit, Informationen über die Sinne hinweg zusammenzubringen und die einheitliche Wahrnehmung eines Objekts zu schaffen.
  • Multisensorische Wahrnehmung des Menschen

    2005 Ernst, Marc O.; Bülthoff, Heinrich H.
    Um die Umwelt wahrzunehmen, nutzt unser Gehirn eine Vielzahl von Sinnesreizen, die es von verschiedenen Sinnesmodalitäten, wie Sehen, Hören oder Fühlen bekommt. Teilweise geben Informationsquellen aus verschiedenen Modalitäten Aufschluss über dieselbe Eigenschaft eines Objekts oder eines Events in der Umwelt. Zum Beispiel kann die Größe eines Objekts sowohl mit den Augen gesehen, wie auch mit der Hand gefühlt werden. Dies nennt man redundante Informationsquellen. In diesem Bericht verdeutlichen wir, wie redundante Information vom menschlichen Gehirn genutzt wird, um zielgerichtet mit der Umgebung interagieren zu können. Des Weiteren zeigen wir auf, welche Rolle Vorwissen über die statistischen Regelmäßigkeiten der Umwelt spielt und wie es unsere Wahrnehmung beeinflussen kann. Als Beschreibungsmodell dieser sensomotorischen Interaktionen dient hier die Bayes’sche Entscheidungstheorie.

2004

  • Multisensorische Wahrnehmung des Menschen

    2004 Ernst, Marc O.; Bülthoff, Heinrich H.
    Um die Umwelt wahrzunehmen, nutzt unser Gehirn eine Vielzahl von Sinnesreizen, die es von verschiedenen Sinnesmodalitäten, wie Sehen, Hören oder Fühlen bekommt. Teilweise geben Informationsquellen aus verschiedenen Modalitäten Aufschluss über dieselbe Eigenschaft eines Objekts oder eines Events in der Umwelt. Zum Beispiel kann die Größe eines Objekts sowohl mit den Augen gesehen, wie auch mit der Hand gefühlt werden. Dies nennt man redundante Informationsquellen. In diesem Bericht verdeutlichen wir, wie redundante Information vom menschlichen Gehirn genutzt wird, um zielgerichtet mit der Umgebung interagieren zu können. Des Weiteren zeigen wir auf, welche Rolle Vorwissen über die statistischen Regelmäßigkeiten der Umwelt spielt und wie es unsere Wahrnehmung beeinflussen kann. Als Beschreibungsmodell dieser sensomotorischen Interaktionen dient hier die Bayes’sche Entscheidungstheorie.

2003

  • Statistische Lerntheorie und Empirische Inferenz

    2003 Schölkopf, Bernhard
    Die Lerntheorie befasst sich mit der Extraktion von Gesetzmäßigkeiten aus Beobachtungen. Das Grundproblem hierbei ist die ,Generalisierung:’ die extrahierten Gesetzmäßigkeiten sollen nicht nur die bereits vorliegenden Beobachtungen (die ,Trainingsmenge’) korrekt erklären, sondern auch für neue Beobachtungen zutreffend sein. Dieses Problem der Induktion berührt Grundsatzfragen nicht nur der Statistik, sondern der empirischen Wissenschaften im Allgemeinen. Dazu gehören die Repräsentation von Daten und von Vorwissen, sowie die Komplexität oder Kapazität von Erklärungen bzw. Modellen. Wenn anhand eines Modells geringer Komplexität (in einer geeigneten Formalisierung dieses Begriffs) eine gegebene Menge von empirischen Beobachtungen hinreichend genau erklärt werden kann, dann garantiert die statistische Lerntheorie, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit auch zukünftige Beobachtungen mit dem Modell konsistent sein werden.
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