Kognition verstehen
Stellen Sie sich einen Apfel vor — sein Grün, seinen sauren Geschmack und sein frisches, knackiges Knirschen; Wie schafft das Gehirn eine Darstellung eines solchen Apfels?
Dies ist eine der Fragen, die das Human Brain Project (HBP) stellt. Um das menschliche Gehirn besser zu verstehen, braucht es Theorien, Modelle und konzeptionelle Rahmenbedingungen, die getestet und verfeinert werden können. Das HBP unterstützt die Arbeit kognitiver und theoretischer Neurowissenschaftler, um tiefere Einblicke in die Funktionsweise unseres Gehirns zu gewinnen.
Theoretische Neurowissenschaftler arbeiten an der Entwicklung einer mehrskaligen Theorie des Gehirns, die Top-Down- und datengetriebene Bottom-up-Ansätze synthetisiert. Sie versuchen auch, Theorien des Lernens, des Gedächtnisses, der Aufmerksamkeit und des zielorientierten Verhaltens zu vereinheitlichen, komplexe kognitive Funktionen wie räumliche Navigation, Rekursion und symbolische Verarbeitung zu verstehen und Brücken zwischen den verschiedenen zeitlichen und räumlichen Skalen zu identifizieren, die mit der Gehirnaktivität und den von bildgebenden und anderen Technologien erfassten Signalen verbunden sind.
Die kognitiven Neurowissenschaftler von HBP untersuchen die Art der visuellen Wahrnehmung, die Ausbreitung langsamer Wellen im schlafenden Gehirn, die Rolle des Hippocampus im episodischen Gedächtnis (persönliche Erinnerungen aus unserem Leben) sowie die Entwicklung neuer Methoden zur Messung des Bewusstseinszustands bei Menschen und anderen Tieren.
Repräsentation erstellen
Wie erstellt das Gehirn aus multisensorischen Informationen eine Repräsentation eines Objekts wie eines Apfels? Diese Frage ist entscheidend, da diese Repräsentationen die Grundlage für höhere kognitive Prozesse wie Kategorienbildung, Argumentation und Sprache sind. Eines unserer Ziele ist es, ein “Deep Learning” neuronales Netzwerk zu entwickeln, das lernt, Objekte und Funktionen ähnlich wie echte neurobiologische Systeme zu erkennen.
Bewusstsein
Eines der tiefsten ungelösten Probleme in der Wissenschaft ist die Natur des Bewusstseins – wie wird Bewusstsein vom Gehirn erzeugt? Es gibt mehrere klinische und ethische Probleme, die die Beantwortung dieser Frage einschränken, z. B. die Beurteilung des Bewusstseinsniveaus bei Patienten nach einer Hirnverletzung. Neuartige Methoden zur Messung des Bewusstseinsniveaus werden Kliniker weniger abhängig von rein verhaltensbezogenen Messungen machen; Davon werden beispielsweise Komapatienten profitieren.
Langsame Wellen im schlafenden Gehirn
Wie können in ähnlicher Weise unterschiedliche Phänomene wie Schlaf und Wachheit aus denselben kortiko-thalamischen Systemen im Gehirn entstehen? Um diese Frage zu beantworten, werden wir die Aktivität langsamer Wellen und Simulationen großer Populationen feuernder Neuronen bei Mäusen und Menschen untersuchen.
Erinnerung
Episodische Erinnerungen sind unsere persönlichen, bewussten Erfahrungen in Raum und Zeit. Die Fähigkeit des Gehirns, Objekte und Erfahrungen aus multisensorischen Informationen (z. B. Sehen, Hören oder Berühren) abzurufen, ist der Schlüssel zum Verständnis des menschlichen Gedächtnisses. Das HBP führt eine koordinierte Reihe von Experimenten durch, um die neuronalen Mechanismen hinter dem episodischen Gedächtnis zu identifizieren und durch Computermodelle und Robotersysteme zu validieren.
Die Arbeit der theoretischen und kognitiven Neurowissenschaftler des HBP fließt in die Arbeit anderer Bereiche des HBP ein, insbesondere in die Neurorobotik- und Neurocomputing-Plattformen.
