Leitende Wissenschaftlerin

Prof. Dr. habil. Jane Neumann
Prof. Dr. habil. Jane Neumann
Gruppenleiterin (in Kooperation mit Universität Leipzig)
Telefon: +49 341 9940-2621
Fax: +49 341 9940-2221

Abteilung Neurologie

Computer-basierte Modellierung von Lern- und Entscheidungsprozessen

Die computer-basierte Modellierung umfasst die Simulation von Struktur und Verhalten komplexer Systeme mithilfe mathematischer Modelle. Ein computer-basiertes Modell dient dazu, ein System formal zu beschreiben und es in seinen Wechselwirkungen mit der Umgebung zu verstehen.

Ziel unserer Forschung ist die Entwicklung und Anwendung computer-basierter Modelle zur Beschreibung von Lern- und Entscheidungsprozessen beim Menschen. Diese Modelle beschreiben den Zusammenhang menschlichen Verhaltens mit Struktur und Funktion des Gehirns, die mit Hilfe neurowissenschaftlicher Bildgebungstechniken abgebildet werden können. Ziel unserer Arbeit ist es, formal mathematische Beschreibungen von Lern- und Entscheidungsprozessen zu finden, die eine systematische Untersuchung dieser Prozesse erlauben. Weiterhin sollen sie quantitative Vorhersagen zu Verhalten und Hirnfunktion in gesunden Probanden und Patientenpopulationen erlauben.

Unsere Modelle werden derzeit insbesondere zu Untersuchungen von Adipositas-assoziierten Veränderungen im Lernen und Entscheidungsverhalten angewandt. Diese Forschung erfolgt in Zusammenarbeit mit Annette Horstmann und ihrer Arbeitsgruppe im Rahmen unseres gemeinsamen O’Brain Projektes sowie im Sonderforschungsbereich SFB 1052 „Mechanismen der Adipositas“ der Universität Leipzig. Unsere Gruppe ist darüber hinaus Teil des Integrierten Forschungs- und Behandlungszentrums (IFB) Adipositas Erkrankungen am Universitätsklinikum Leipzig.

Methoden

Im Kontext der neurowissenschaftlichen Bildgebung sind verschiedene Klassen computer-basierter Modelle von Bedeutung.

Kognitive Verhaltensmodelle bilden das Verhalten des Menschen mittels mathematisch definierter Prozesse und Parameter ab. Dies ermöglicht die Formulierung und den Test von Hypothesen über latente kognitive Mechanismen, die experimentell nicht direkt messbar sind. Mit Hilfe der modell-basierten funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) können inter-individuelle Ausprägungen dieser Mechanismen den zugrundeliegenden Hirnfunktionen direkt gegenübergestellt werden. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis inter-individueller oder krankheitsbedingter Verhaltensunterschiede.

Modulare mechanistische Modelle beschreiben experimentell beobachtbares Verhalten auf Grundlage der intakten oder defizitären Funktionalität und Integration einzelner Modellkomponenten. Für Lern- und Entscheidungsmodelle sind hierbei insbesondere die Interaktion kortikaler und subkortikaler Hirnstrukturen und verschiedener Neurotransmittersysteme als Modellkomponenten von Interesse.

Konnektivitätsmodelle beschreiben das globale Verhalten komplexer skalierbarer funktioneller Gehirnnetzwerke. Diese Modelle dienen der Identifizierung funktioneller Netzwerke, die einem bestimmten kognitiven Prozess zugrunde liegen, sowie der Beschreibung einzelner Gehirnregionen, denen eine Schlüsselfunktion, wie die Integration von Information, in funktionellen Netzwerken zukommt.

Unsere Forschung basiert auf der Integration mathematischer und experimenteller Ansätze und umfasst Methoden verschiedener akademischer Disziplinen wie der Mathematik und Informatik, der Neurowissenschaft, Psychologie und Medizin. Computer-basierte Modellierung, strukturelle und funktionelle Bildgebung und Konnektivitätsanalysen werden dabei durch Verhaltens- und physiologische Messungen, Metaanalysen funktioneller Bildgebungsdaten, Bayes’sche und multivariate statistische Modellierung ergänzt.

Förderung

Unsere Projekte werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Mitarbeiter

NameKontakt
Lucas Kastner
Medizindoktorand (in Kooperation mit Universität Leipzig)
Telefon
  • +49 341 9940-2220
E-Mailkastner@...
Christoph Muehlberg
Medizindoktorand (in Kooperation mit Universität Leipzig)
Telefon
  • +49 341 9940-000
E-Mailmuehlberg@...
Prof. Dr. habil. Jane Neumann
Gruppenleiterin (in Kooperation mit Universität Leipzig)
Telefon
  • +49 341 9940-2621
Fax
  • +49 341 9940-2221
E-Mailneumann@...
Kathleen Wiencke
Doktorandin (in Kooperation mit Universität Leipzig)
Telefon
  • +49 341 9940-000
E-Mailwiencke@...
 
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