Dynamik und Kontrolle von inter-arealen neuronalen Netzwerken im Gehirn (B08)

• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 163436311

Wir untersuchen Modelle makroskopischer Hirn-Netzwerke, deren Struktur an Hand von Daten kalibriert ist, die mit Hilfe struktureller bildgebender Verfahren an Probanden gemessen werden. Die Knoten des Netzwerkgraphen werden durch (1) abstrakte dynamische Systeme (Hopf Normalformen & FitzHugh-Nagumo Modelle), die bereits in der Literatur verwendet werden, und (2) biophysikalisch kalibrierte neuronale Populationsmodelle modelliert. Die Netzwerknoten sind durch Kanten mit zeitlichen Verzögerungen gekoppelt, zusätzlichem Rauschen unterworfen, und ihre Dynamik wird zusätzlich durch externe Eingaben kontrolliert, die die Interaktion zwischen neuronalen Populationen und extern applizierten elektrischen Feldern beschreiben. Wir charakterisieren die dynamische Zustände der Netzwerkmodelle und entwickeln rückkopplungs-basierte Kontrollverfahren, mit deren Hilfe gezielt Übergänge zwischen dynamischen Zuständen induziert bzw. Zustände stabilisiert werden können. Die Ergebnisse des Projektes werden uns neue Einsichten in die Kontrollierbarkeit komplexer Zustände heterogener Netzwerke mit zeitlichen Verzögerungen liefern und gleichzeitig zu einem besseren Verständnis der Auswirkungen nicht-invasiver elektrischer Hirnstimulation auf die globale Hirndynamik beim Menschen liefern.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche
• Teilprojekt zu: SFB 910: Kontrolle selbstorganisierender nichtlinearer Systeme: Theoretische Methoden und Anwendungskonzepte
• Antragstellende Institution: Technische Universität Berlin
• Teilprojektleiter: Professor Dr. Klaus Obermayer