Der computergestützte Neurobiologe Salk erhält ein NSF-Stipendium, um zu untersuchen, wie das Gehirn Geräusche verarbeitet

6. September 2017

Der computergestützte Neurobiologe Salk erhält ein NSF-Stipendium, um zu untersuchen, wie das Gehirn Geräusche verarbeitet

6. September 2017

LA JOLLA – Salk-Assoziierter Professor Tatyana Sharpee hat von der National Science Foundation über einen Zeitraum von vier Jahren ein Stipendium in Höhe von etwa 950,000 US-Dollar erhalten, um zu untersuchen, wie das Gehirn komplexe Geräusche verarbeitet. Dieses Stipendium ist Teil eines multinationalen Projekts zusammen mit Gruppen in Frankreich und Israel.

„Tatyanas rechnerischer Ansatz und ihre Modellierung sind auf dem neuesten Stand der neurobiologischen Forschung“, sagt Salk-Präsident Elizabeth Blackburn. „Diese Auszeichnung wird es ihr ermöglichen, weiterhin wichtige Entdeckungen darüber zu machen, wie das Gehirn Geräusche verarbeitet, und Theorien darüber zu testen, wie verschiedene Arten von Neuronen zusammenarbeiten. Solche Arbeiten könnten zu besseren Möglichkeiten zur Behandlung von Hörverlust oder zur Verbesserung von Spracherkennungstechnologien führen.“

Sharpee, Mitglied des Computational Neurobiology Laboratory von Salk, möchte eine einheitliche Theorie der „biologischen Kontrolle“ entwickeln, um die universellen Verhaltensprinzipien zu verstehen. Insbesondere erforscht sie, wie Tiere ihre Umgebung wahrnehmen und sich an sie anpassen sowie Vorhersagen und Entscheidungen treffen. Dazu wendet sie mathematische Strategien wie Statistiken und Wahrscheinlichkeitsmodelle an, um die Prinzipien darzustellen, nach denen die Milliarden Neuronen des Gehirns Energie und Informationen austauschen.

„Dieses Stipendium stellt eine enorme Chance dar, die Rätsel der Hörverarbeitung zu lösen, indem elektrische Aufzeichnungen aus dem Gehirn, Simulationen großer neuronaler Schaltkreise und statistische Analysen sowohl modellhafter als auch realer Reaktionen kombiniert werden, um zu verstehen, wie verschiedene Arten von Neuronen im auditorischen Kortex repräsentieren.“ naturalistische Klänge“, sagt Sharpee. „Ich könnte nicht aufgeregter darüber sein.“

Das Stipendium bringt drei Gruppen zusammen, eine experimentelle und zwei rechnerische, um Modelle zu entwickeln, die auf bekannten Eigenschaften neuronaler Netze basieren und beschreiben, wie verschiedene Arten von Neuronen bei der Darstellung von Geräuschen zusammenarbeiten. Neben der Vertiefung unseres Verständnisses der Hörwahrnehmung hoffen die Forscher von Salk, der Hebräischen Universität in Jerusalem und der Universität Paris-Descartes, Einblicke in allgemeine Prinzipien der Zusammenarbeit zwischen Neuronen innerhalb eines einzelnen neuronalen Netzwerks zu gewinnen.

„Die Arbeit, die Dr. Sharpee und ihre Kollegen leisten, ist wirklich spannend und schwierig“, sagt Kenneth Whang, NSF-Programmmanager, Abteilung Information & Intelligente Systeme in der Direktion für Computer & Informationswissenschaft & Ingenieurwesen. „Sie bringen Rechenmodelle darüber zusammen, was ein Gehirnnetzwerk leisten kann, mit den Mechanismen, die diesen Prozessen zugrunde liegen. Dies ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis, wie eine große Anzahl von Neuronen zusammenarbeiten, um unsere Wahrnehmung und andere kognitive Funktionen voranzutreiben.“

Die Forschung hat Auswirkungen auf das Verständnis der Darstellung von Signalen in anderen Sinnen (Sehen, Berühren) sowie auf die allgemeinen Prinzipien der neuronalen Kodierung im Gehirn und bietet eine Reihe potenzieller praktischer Anwendungen, darunter die Entwicklung verbesserter Hörgeräte und künstlicher Spracherkennung Systeme.

Darüber hinaus ist ein verändertes Gleichgewicht zwischen Neuronentypen mit einer Reihe von Aufmerksamkeitsdefiziten und psychiatrischen Störungen verbunden, darunter Autismus und Schizophrenie, könnte das Projekt auch neue Wege zur Behandlung dieser Krankheiten aufzeigen.

Das Stipendium umfasst auch eine Outreach-Komponente, die Musik- und Sprachwahrnehmungsdemonstrationen für K-12-Schüler und Ausstellungen umfasst.