Was unser Gehirn so flexibel macht – Bernstein Preis 2012 für Tim Vogels

Wie ist es möglich, dass wir uns bei der kontinuierlichen Reizüberflutung, der wir oft ausgesetzt sind, ganz flexibel den jeweils relevanten Informationen zuwenden und alles andere ausblenden können? Man stelle sich nur ein großes Orchester mit fast hundert Musikern vor. Inmitten eines Stückes können wir dabei ganz gezielt unsere Aufmerksamkeit auf die Tuba zu lenken, ohne uns vom virtuosen Solo des ersten Geigers ablenken zu lassen. Einen Augenblick später schon lauschen wir dann der Oboe.

Diese Flexibilität, und die Mechanismen, die ihr im Gehirn zugrunde liegen, sind der Gegenstand von Tim Vogels’ Forschung. Sein Handwerkszeug sind theoretische Modelle. Mit ihrer Hilfe kann er im Computer neuronale Netzwerke simulieren und als virtuelle „Versuchskaninchen“ verwenden, um neue Hypothesen auszuformulieren, die dann auch testbare Vorhersagen für neurobiologische Experimente liefern. Ihn interessieren dabei sowohl langsame Veränderungen, wie sie typischerweise mit Lernprozessen einhergehen, als auch ganz kurzfristigen Änderungen, die uns beispielsweise einen schnellen Wechsel unseres Aufmerksamkeits-Fokus erlauben.

Vogels’ bisherige Forschungsarbeiten haben bereits die Grundlagen zur Untersuchung dieser Fragen gelegt: Dank Vogels’ und anderen Modellen weiß man heute, dass die neuronalen Netze im Gehirn vor allem durch eine genau abgestimmte Mischung von Reizung und Hemmung in einer sensiblen Balance gehalten werden. Vogels glaubt, dass darin der Schlüssel zu den flexiblen Umschaltmechanismen des Gehirns liegt. „Ich stelle mir vor, dass Reiz und Hemmung miteinander wie Gast und Türsteher interagieren“, so Vogels. „Die Qualitäten von beiden entscheiden, welcher Gast, also welcher Umweltreiz, durchgelassen wird und welcher nicht. Aber auch andere Details können eine Rolle spielen, im übertragenen Sinne etwa, ob das Etablissement schon voll ist, oder mit wie vielen Freunden der Gast da ist.“

Diese und andere Fragen wird Vogels nun in Berlin in Kooperation mit den dortigen Wissenschaftlern des Bernstein Zentrums und der Humboldt-Universität, insbesondere Michael Brecht, Henning Sprekeler, Richard Kempter und Susanne Schreiber, weiter verfolgen.

Tim Vogels hat zunächst an der TU Berlin Physik studiert. Nach dem Vordiplom bot ihm ein Fulbright-Stipendium die Chance, sein Studium an der Brandeis-Universität in Boston, USA, fortzuführen. Dort promovierte er 2007 im Labor von Larry Abbott, einem Pionier der Computational Neuroscience und Autor eines der meistgelesenen Lehrbücher zu diesem Thema. Nach einem Postdoc-Aufenthalt an der Columbia University bei Rafael Yuste ist er seit 2010 als Marie Curie Reintegration Fellow im Labor von Wulfram Gerstner an der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Schweiz, tätig.

Der Bernstein Preis ist Teil des vom BMBF im Jahre 2004 ins Leben gerufenen Nationalen Bernstein Netzwerks Computational Neuroscience. Ziel der Förderinitiative war es, die neue Forschungsdisziplin in Deutschland nachhaltig zu etablieren. Inzwischen hat sich das Netzwerk mit Hilfe der BMB-Förderung zu einem der größten Forschungsnetze im Bereich der Computational Neuroscience weltweit entwickelt. Namensgeber des Netzwerks ist der deutsche Physiologe Julius Bernstein (1835-1917).

Kontakt:

Tim Vogels
Laboratoire de Calcul Neuromimétique
École Polytechnique Fédérale, Station 15
1015 Lausanne
Schweiz
Tel: +41 21 693 5265
Email: tim.vogels@epfl.ch

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